TP15 : MESURE DE LA VITESSE DU SON DANS L’AIR

Des écouteurs peuvent être détournés de leur fonction première et employés comme microphones. En générant un bruit fort et très court (par exemple un clap), il est alors possible de mesurer la durée qui s'écoule entre la réception du son par chaque écouteur et de l’utiliser pour déterminer la valeur de la vitesse de propagation d’un signal sonore

MANIPULATIONS

Installation du logiciel Audacity

✓ Téléchargez le logiciel Audacity à cette adresse : https://audacity.fr/ (choisir en fonction de votre système d’exploitation)

✓ Installez le logiciel Audacity sur votre ordinateur Réglages Audacity

✓ Branchez vos écouteurs sur l’entrée microphone de l'ordinateur (si votre ordinateur ne possède qu’une entrée pour micro et casque essayez mais cela risque de ne pas fonctionner. Si c’est le cas, utiliser le résultat de la

manipulation donné plus loin sur la dernière photo)

✓ Eloignez vos écouteurs de la distance maximale et fixez-les à la table à l’aide de scotch (écouteurs orientés dans le même sens) et mesurez à l’aide d’une règle la distance d en mètre correspondante.

✓ Ouvrir le logiciel Audacity et effectuer les réglages suivants dans la barre des périphériques :

Ce qui est important c’est d’avoir une reconnaissance de matériel pour le micro et les 2 canaux (stéréo) sélectionnés

✓ Dans le menu Edition → Préférences → Enregistrement : régler le niveau sonore de déclenchement au minimum Enregistrement :

✓ Pour enregistrer un son, cliquez sur le rond rouge

✓ Générez un bruit fort et très court

✓ Arrêtez l’enregistrement à l’aide du carré noir

✓ Le signal n’étant pas assez fort, cliquez sur une des pistes

d’enregistrement, faire Ctrl+A pour tout sélectionner, allez dans effet, cliquez sur normaliser et cliquez sur valider sans rien changer. Le signal de votre clap doit être plus visible. Chaque signal (un en haut et un en bas) correspond à l’enregistrement sonore d’un écouteur.

Mesure de Δt :

✓ A l’aide du zoom ((loupe dans la barre d’outils) sélectionner un rectangle faisant apparaitre le début de votre son.

✓ Attention si votre signal est trop zoomé cela fait apparaitre l’échantillonnage non souhaité de votre signal. Dézoomer alors en faisant des clics droit jusqu’à obtenir une belle partie de votre signal comme sur l’image ci-contre

✓ En bas de l’écran faire dérouler le menu et choisir début et durée de la sélection puis choisir dans le menu déroulant juste situé dessous « échantillon ».

✓ Cliquer sur l’outils de sélection dans la barre d’outils en haut de l’écran. Puis sélectionner la durée Δt que l’on souhaite mesurer c’est-à-dire la différence de temps entre la réception du premier écouteur et la réception du deuxième écouteur.

ONDES ET SIGNAUX CHAPITRE 10

TP15 :

MESURE DE LA VITESSE DU SON DANS L’AIR

✓ Cette durée est trop petite à mesurer directement. La durée est alors donnée par 𝛥𝑡 = ^𝑁

𝑓 avec N le nombre d’échantillon indiqué et f la fréquence d’échantillonnage en hertz donnée en bas à gauche de l’écran (normalement f = 44 100 Hz).

✓ Lire tout en bas à droite le nombre d’échantillons et le diviser par 44 100

✓ Noter 𝛥𝑡 ainsi mesuré

QUESTIONS

Questions :

1. Faire un schéma de la situation en précisant le lieu de départ du son et la distance entre les deux écouteurs 2. Donner la relation entre la vitesse du son notée 𝑣_𝑠𝑜𝑛, la distance entre les deux écouteurs d puis la durée Δt 3. A l’aide de vos mesures, calculer la vitesse du son 𝑣_𝑠𝑜𝑛 mesurée chez vous

4. Mesurer la température de votre pièce et comparer la valeur trouvée avec les valeurs de références données dans le tableau ci-dessous :

T (°C) -10 -5 0 5 10 15 20 25 30

𝑣_𝑠𝑜𝑛 (m.s^-1) 325 329 332 335 338 341 343 346 349

5. Comparer la vitesse obtenue expérimentalement à celle mesurée en 1822 (voir article ci-dessous, et faire le calcul de la vitesse correspondante)

6. Proposer des explications sur une éventuelle différence entre les deux valeurs.

Une mesure historique en 1822 : L’une des expériences historiques permettant de déterminer la valeur de la vitesse de propagation du son dans l’air est réalisée en 1822 par l’ordre du Bureau des longitudes. Dans la nuit du 21 au 22 juin, par une température de T=15,9°C, les physiciens français F. ARAGO, L. J. Gay-Lussac et G .de Prony tirent des coups de canon entre deux lieux, distants de L=18 612 m . Entre l’instant où ils aperçoivent la lumière émise lors de l’explosion du canon et celui de la perception du son, ils mesurent, grâce à un chronomètre, une durée de



Résultats si ça ne marche pas : Nombre d’échantillons N=73 pour une distance d=60cm entre les 2 écouteurs