Ph 2.2 MODES DE VIBRATION

(1)

Ph 2.2 MODES DE VIBRATION

1. LES OSCILLATIONS D’UNE CORDE

1.1. Oscillations libres d’une corde de guitare 1) La guitare :

1- La guitare :

2) Mesure de fréquences :

 On pince la corde acier Mi1. Quelle est la forme de la corde à l’œil nu?

 On pince à nouveau la même corde et on l’éclaire à l’aide d’un stroboscope afin qu’elle paraisse immobile.

 Quelle est la forme de la corde ?

 Quelle est sa fréquence de vibration ?

 On place un microphone, relié à un oscilloscope à mémoire, près de la corde acier Mi1 puis on la pince.

 Observer le signal sonore.

TS spécialité tempfile_2274.doc page 11

1

^ère

corde nylon

Mi (chanterelle)

2

^ème

corde nylon

Si

3

^ème

corde nylon

Sol

4

^ème

corde acier

Ré

5

^ème

corde acier

La

6

^ème

corde acier

Mi1 (bourdon)

(2)

 Quelle est la fréquence du son émis ?

 Conclure.

1.2. Oscillations forcées d’une corde tendue entre 2 points fixes : La corde n’oscille plus librement, mais on l’oblige à vibre ( « oscillations forcées »)

1) Mise en évidence du mode fondamental et des harmoniques :

Un vibreur entretenu par un GBF agite l’une des extrémités d’une corde tendue.

 Que se passe-t-il quand on augmente la fréquence du GBF ?

 On règle la fréquence du GBF de façon à obtenir un seul fuseau (amplitude maximale) L’observer à l’œil nu. Le schématiser.

Les extrémités du fuseau …………. sont appelés nœuds de vibration ; le milieu du fuseau (amplitude ………….) correspond à un ventre de vibration.

Noter cette fréquence f1 du GBF. Placer les nœuds et ventres de vibration sur le schéma du fuseau.

 Que se passe-t-il quand on augmente la valeur de la fréquence au delà de f1?

 Interpréter

2) Autre expérience : Vibration d’un sonomètre :

Un sonomètre est constitué d’un fil métallique tendu entre 2 points placé sur une caisse de résonance.

Un aimant est placé à cheval au dessus du fil.

 Le fil est parcouru par un courant continu. Qu’observe-t-on ? Que se passe-t-il si on inverse le sens du courant ?

 Le fil métallique est parcouru par un courant sinusoïdal de fréquence f..

Qu’observe-t-on ? Interpréter.

 Influence de la position de l’aimant.

 L’aimant est placé au milieu du sonomètre. Pour quelle fréquence f1 a-t-on un niveau sonore maximum et observe-t-on 1 fuseau (mode fondamental) ?

GBF +

ampli

vibreur

corde tendue

masse

(3)

 L’aimant est placé au quart du sonomètre. Pour quelle fréquence f2 a-t-on un niveau sonore maximum et observe-t-on 2 fuseaux ?

 L’aimant est placé au milieu du sonomètre. Pour quelle fréquence f3 a-t-on un niveau sonore maximum et observe-t-on 3 fuseaux ?

 Quelle relation peut-on écrire entre f2 et f1, entre f3 et f1 ?

 Quelle est la longueur l d’un fuseau quand le fil de longueur L vibre à la fréquence fk ?

1.3. Interprétation des oscillations libres d’un fil (ou corde) pincé ou frappé :

 Interpréter le signal sonore observé à l’oscilloscope quand le fil est pincé.

 Quels facteurs peuvent influencer un son ou la fréquence du mode fondamental ?

2. VIBRATION D’UNE COLONNE D’AIR : 1.4. Les modes de vibration :

A l’une des extrémités d’un tube est placé un haut-parleur alimenté par une tension sinusoïdale délivré par un GBF. A l’autre extrémité est placé un microphone relié à un oscilloscope.

Excitées par le son sinusoïdal du haut-parleur, les tranches d’air dans le tube peuvent vibrer longitudinalement.

 Faire varier la fréquence du GBF et repérer, à l’oscilloscope, celles pour lesquelles le son produit est le plus intense (la colonne d’air dans le tube est en résonance).

 Quelle relation peut-on écrire entre ces fréquences ? Interpréter.

 Quel facteur influe sur le son produit ou la fréquence du mode fondamental ?

1.5. Excitation d’une colonne d’air par un biseau :

Les vibrations complexes produites au niveau de l’embouchure par l’écoulement de l’air sur un biseau excitent la colonne d’air du tuyau sonore.

Celui-ci ne peut amplifier que les vibrations appartenant à ses modes propres.

Il sélectionne les fréquences émises et assure le couplage avec l’air ambiant.

Pour changer la fréquence du mode fondamental, il faut modifier la longueur de la colonne d’air excitée (en bouchant les trous d’une flûte, en appuyant sur le piston d’une trompette, ….).