TP 15 Célérité d’une onde sonore Célérité d’une onde sonore
Objectif
Objectif de la séance :de la séance :
- Mesurer la vitesse de propagation (ou célérité) du son dans l’air.
omment mesurer la célérité du son dans l air
C ’ ?
1
ÈREPA TIE R : R H R H EC E C E D UN P OTOCO E ’ R L
Proposition(s) : quelle réponse (en la justifiant) donneriez-vous à la question posée ?
Schématisez votre (vos) expérience (s)Schématisez votre (vos) expérience (s) :: Dessinez l’expérience que vous allez réaliser pour vérifier votre hypothèse
Liste du matérielListe du matériel : : Donnez une liste du matériel nécessaire pou la réalisation de votre expérience
1
Microphone 2 Microphone 1
Voie CH1
Voie CH2 Réglet
2ND PA TIER : MESU E DE A CR L ÉLÉR É ’IT D UNE ONDE SONO E DANS AIR L’ R
Principe :
Deux microphones sont séparés d’une distance d = 2 m et orientés dans la même direction.
Ces deux microphones sont reliés à une console d’acquisition, elle-même reliée à un ordinateur.
Un son est produit devant le 1er microphone, à l’aide de deux plaquettes de bois (voir dessin ci-dessous).
Le signal reçu par chacun des microphones est enregistré par la console d’acquisition et envoyé vers l’ordinateur.
Dispositif expérimental :
Protocole expérimental :
Réaliser le montage expérimental ci-dessus.
Placer le microphone 2 à 2 m du microphone 1 (d = 2 m).
Faire l’acquisition des signaux reçus par les deux microphones après avoir émis un son avec les deux planches de bois (suivre les instructions données par le professeur).
Exploitation de l’acquisition Exploitation de l’acquisition : :
Microphone 1 : courbe rouge Microphone 2 : courbe bleue
On observe sur la fenêtre d’acquisition, un décalage entre les deux signaux : le 2ème microphone a reçu le son avec un retard (noté ou t), correspondant au temps nécessaire au signal sonore pour parcourir la distance d. Il s’agit de mesurer ce décalage temporel et d’en déduire la célérité du son dans l’air.
La célérité du son est donnée par la relation :
d v Δt
a) Mesurer le retard Δt entre le signal du microphone 1 et celui microphone 2 avec l’outil « réticule ».
2
Vers le port USB de l’ordinateur
Câble USB
d
Δt =
b) En déduire la célérité du son dans l’air sachant que les 2 microphones sont distants de d = 2 m.
v = onclusion
C :
Répondre à la question du début de l’activité et comparer la valeur de la célérité du son dans l’air déterminée expérimentalement à la valeur théorique qui est d’environ 340 m.s–1 pour une température de l’air sec de 20°C.
3
T T ABLEAU ABLEAU DES DES COMPÉTENCES COMPÉTENCES MISES MISES EN EN ŒUVRE ŒUVRE DANS DANS L L ’ ’ ACTIVITÉ ACTIVITÉ
COMPÉTENCE
S Exemples de capacités et d’aptitudes
MOBILISERSES
CONNAISSANCES
Connaître les notions scientifiques du programme, le vocabulaire approprié, les symboles adaptés, les unités.
S’APPROPRIER
Rechercher, extraire et organiser l’information utile.
Adopter une attitude critique et réfléchie vis-à-vis de l'information disponible.
Questionner, identifier, formuler un problème.
Reformuler.
Identifier les risques.
RÉALISER
Réaliser un montage à partir d’un schéma.
Suivre un protocole donné.
Utiliser, dans un contexte donné, le matériel à disposition.
Savoir choisir, combiner et réaliser plusieurs actions.
Effectuer un relevé de mesures.
Schématiser, construire un graphique, un tableau, etc.
Exploiter une relation, un calcul littéral.
Effectuer un calcul numérique, utiliser les symboles et les unités appropriés, utiliser la calculatrice.
Reconnaître et utiliser la proportionnalité.
Respecter les règles de sécurité, manipuler avec soin, veiller au rangement du plan de travail, etc.
ANALYSER
Formuler une hypothèse et proposer une méthode pour la valider.
Identifier les paramètres qui influencent un phénomène, choisir les grandeurs à mesurer.
Élaborer ou justifier un protocole.
Proposer une méthode, un calcul, un outil adapté ; faire des essais (choisir, adapter une méthode, un protocole).
Proposer, décrire un modèle ; utiliser un modèle pour prévoir, décrire et expliquer.
Percevoir la différence entre un modèle et la réalité, entre la réalité et une simulation.
VALIDER
Estimer l’incertitude d’une mesure, faire un traitement statistique d’une série de mesures, etc.
Interpréter des résultats, juger de la qualité d’une mesure, etc.
Confronter le résultat au résultat attendu, mettre en relation, déduire.
Valider ou invalider une information, une hypothèse, etc.
COMMUNIQUERÀ L’AIDEDELANGAGES OUD'OUTILS SCIENTIFIQUES
Communiquer des résultats, rédiger une solution.
Exprimer un résultat (grandeur ─ unité ─ chiffres significatifs).
Rendre compte à l’écrit ou à l’oral en utilisant un vocabulaire adapté.
ÊTREAUTONOME,
FAIREPREUVE
S’impliquer dans un projet individuel ou collectif.
Prendre des initiatives, des décisions, anticiper.
D’INITIATIVE Travailler en autonomie.
Travailler en équipe.
Mobiliser sa curiosité, sa créativité.
C C OMPTE OMPTE RENDU RENDU
Barème :
Proposition / Protocole expérimental 1 pt
Schéma du dispositif expérimental 2 pts
Liste du matériel 0,5 pt
Courbe LatisPro (grandeurs sur les axes, titre) 2 pts
Exploitation de la courbe 2 pts
Conclusion (réponse à la question et comparaison avec la valeur
« théorique »)
2 pts
Rédaction 0,5 pt
Total : / 10
FICHE TP n°15 – Célérité d’une onde sonore FICHE TP n°15 – Célérité d’une onde sonore
THEME DOMAINE
Ondes et signaux Émission et perception d’un son
Objectif
Mesurer la vitesse (célérité) d’un signal sonore.
Type d’activité : activité expérimentale Conditions de mise en œuvre : 1,5 h.
Pré-requis :
- Période et fréquence d’un signal périodique ; - Utilisation de la console LabQuest.
NOTIONS ET CONTENUS CAPACITÉS EXIGIBLES
Activités expérimentales support de la formation
Vitesse de propagation d’un signal sonore.
Citer une valeur approchée de la vitesse de propagation
d’un signal sonore dans l’air et la comparer à d’autres valeurs de vitesses couramment rencontrées.
Mesurer la vitesse d’un signal sonore.
Compétences transversales :
- Présenter la démarche suivie, les résultats obtenus, communiquer à l’aide d’un langage adapté.
- Réaliser des mesures (longueurs, durées, …), calculer des valeurs (période fréquence, …) en utilisant différentes unités.
- Travailler en équipe.
Matériel (par table) :
- 1 console LabQuest + 2 microphones montés sur support ;
- 1 ordinateur équipé de LoggerPro - 1 règle graduée de 2 m ou équivalent
Matériel (Bureau professeur) :
- 1 exemplaire du matériel élève - Ordinateur + vidéoprojecteur
- Expérience de comparaison de la célérité des ultrasons dans l’air et dans l’eau.
Déroulement de la séance :
Distribuer, dans un premier temps, la première feuille aux élèves.
Construire la séance de TP avec les propositions des élèves en les amenant à réaliser le dispositif expérimental de la page 2.
Si les élèves n’arrivent pas à faire une proposition satisfaisante, leur distribuer la page 2.
é la es de l interface d acquisition
R g g ’ ’ :
Tous les réglages se font directement sous Logger Pro.
Dans le menu Expérience de la barre de menu :
- Sélectionner Zéro, cocher les case CH1 et CH2 et valider ;
- Sélectionner Paramètres des mesures et dans l’onglet Mesure entrer les valeurs t = 0,03 s et Échantillonnage 10000 (copie d’écran 1) ;
- Toujours dans Paramètres des mesures, mais dans l’onglet Synchronisation, cocher Déclenchement et entrer les choix représentés sur la copie d’écran 2.
Cliquer sur l’icône « Mesurer » (flèche verte) et faire le clap avec les mains.
Copie d’écran 1 Copie d’écran 2
Observer l’affichage de deux sons sur le même graphique. Recommencer l’acquisition pour améliorer l’enregistrement le cas échéant.
mélioration de la lisibilité de l enre istrement
A ’ g
Cliquer sur le graphique pour le
sélectionner.
Dans le menu Option de la barre de menu, sélectionner Options Graphe puis l’onglet Options axes. Entrer les réglages présentés sur la copie d’écran ci-contre afin d’avoir un axe pour chaque son : son 1 sur l’axe gauche et son 2 sur l’axe droit.
On peut encore améliorer la lisibilité en choisissant Échelle auto(matique) par un clic droit sur le graphe et en déplaçant les deux sons l’un par rapport à l’autre par un déplacement des axes des ordonnées et de l’axe des abscisses. Il faut pour cela se placer sur l’axe concerner et maintenir le clic gauche en se déplaçant dans la direction voulue.
