M SERRE 1PROE
SON ET LUMIERE 2 (SL2) : COMMENT UN SON SE PROPAGE-T-IL ? TP1 : Propagation, vitesse et longueur d'onde d'un son
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Capacités visées :
• Mettre en évidence expérimentalement que la propagation d'un son nécessite un milieu matériel.
• Mesurer la vitesse de propagation d'un son dans l'air.
• Déterminer expérimentalement la longueur d'onde d'un son en fonction de sa fréquence.
• Utiliser la relation : λ = v.T
Connaissances visées :
• Savoir que la propagation d'un son nécessite un milieu matériel.
• Savoir que la vitesse du son dépend du milieu de propagation.
• Connaître la relation entre la longueur d'onde d'un son, sa vitesse de propagation et sa période : λ = v.T
• Connaître l'ordre de grandeur de la vitesse de propagation du son dans l'air.
Partie 1 : TP élève.
Question : qu'est-ce qu'un son "physiquement" ? Matériel :
• 1 GBF.
• 1 haut parleur.
• 2 câbles électriques (1 rouge et 1 noir).
Protocole expérimental :
• Relier le GBF au haut parleur par la sortie "1 Ω output".
• Choisir un signal sinusoïdal et une fréquence d'environ 50 Hz.
• Régler l'amplitude (bouton rotatif "level") à la moitié. L'augmenter si nécessaire.
• Regarder le haut parleur et noter ce qu'il se passe : ...
...
• Diminuer la fréquence jusqu'à 0 Hz. Noter ce qu'il se passe : ...
...
Réponse à la question.
Partie 2 : TP prof.
Question : à quelle condition un son se propage-t-il ? Matériel :
• Cloche à vide.
• Pressiomètre.
• Téléphone portable.
• Sonomètre.
Protocole expérimental : (voir photo ci-contre).
• Sous une cloche à vide, placer un pressiomètre et un téléphone portable diffusant de la musique.
• Régler le volume pour que l'on entende la musique une fois la cloche posée sur le plateau.
• Faire le vide sous la cloche (mettre en marche le compresseur).
• Noter ses observations au fur et à mesure que le vide se fait.
...
...
...
Réponse à la question.
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FICHE ELEVE PAGE 2/3
Partie 3 : TP prof.
Question : à quelle vitesse un son se propage-t-il dans l'air ? Mesure directe.
Matériel :
• 2 microphones Sony et leurs rallonges pour prise BNC.
• 1 oscilloscope TDS.
• 2 prises BNC.
• 1 mètre.
Protocole expérimental : (voir schéma ci-contre).
• Sur un oscilloscope TDS, relier chaque entrée à un microphone.
• Les 2 microphones sont séparés par une distance de 2 mètres.
• Produire un claquement au niveau du microphone 1.
• Noter ses observations sur ce qu'il se passe à l'oscilloscope.
Réponse à la question.
Partie 4 : TP élève.
Question : à quelle vitesse un son se propage-t-il dans l'air ? Mesure indirecte.
Matériel :
• 1 oscilloscope gris ou blanc ancien.
• 1 émetteur à ultrasons.
• 2 récepteurs à ultrasons A et B.
• 1 rail.
• 1 alimentation +/- 15 volts.
• 3 câbles électriques rouges et 3 noirs.
• 3 prises BNC.
Protocole expérimental : (voir schéma ci-dessous).
• Réaliser le montage correspondant au schéma ci-dessus.
• Brancher et allumer l'oscilloscope (mais n'allumez pas l'alimentation +/- 15 volts !!!).
• Régler l'oscilloscope de façon à avoir 2 traces sur l'écran de l'oscilloscope non confondues (la Y1 2 carreaux au-dessus du milieu et la Y2 2 carreaux au-dessous).
• Régler la sensibilité horizontale (Time / div) en 10 µs et la verticale (Volt / div) en 20 mV.
Appel n°1 : appeler l'enseignant pour lui montrer votre montage.
15
V R1 R2
OSCILLOSCOPE Y1
Y2
Emetteur avec GBF intégré et f = 40 000 Hz
d
OSCILLOSCOPE Y1
Y2
d = 2 mètres
micro 1 micro 2
A B
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• Allumer l'alimentation +/- 15 volts.
• Allumer l'émetteur.
• Débrancher le récepteur 1 et le brancher sur l'émetteur (sur la prise "signal de sortie"). Régler la sensibilité verticale à 5V/div. On observe un signal ...
• Régler la fréquence de l'émetteur de façon à avoir 40 000 Hz (T = 25 µs).
• Rebrancher le récepteur 1 et re-régler la sensibilité verticale en 20 mV/div.
• Ne plus toucher au bouton de réglage de fréquence de l'émetteur !!!
• Mettre les deux récepteurs au même niveau (d = 0).
• Que constatez-vous sur l'écran de l'oscilloscope ? ...
...
...
Appel n°2 : appeler l'enseignant pour lui montrer l'écran de l'oscilloscope et votre réponse.
• Reculer le récepteur B. Les signaux se déphasent puis se retrouvent de nouveau en phase. La distance d1
séparant A de B est la longueur d'onde λ qui correspond à la distance parcourue par l'onde pendant une période.
λ = ...
• Reculer de nouveau le récepteur B jusqu'à ce que les courbes soient en phase pour la cinquième fois, la dixième fois et la quinzième fois. Dans chaque cas, noter la distance séparant A de B.
d5 = 5*λ = ... d10 = 10*λ = ... d15 = 15*λ = ...
• Calculer la valeur moyenne, en cm puis en m, de la longueur d'onde λ.
...
...
• Sachant que la fréquence des ultrasons est f = 40 000 Hz, calculer la vitesse v de propagation des ultrasons en utilisant la relation λ = v*T.
...
...
Réponse à la question.
Appel n°3 : appeler l'enseignant pour lui montrer vos réponses.
