Terminale S Activité expérimentale : Mesure de la célérité du son et

Terminale S Activité expérimentale : Mesure de la célérité du son et

des ultrasons dans l’air

But : Déterminer, avec le plus de précision possible, la célérité des sons et ultrasons dans l'air.

Information 1 : Célérité des sons ou ultrasons dans l’air en fonction de la température

T(°C) 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

V

(m/s) 341,2 341,8 342,4 343,0 343,6 344,2 344,8 345,5 346,0 346,6 347,2 347,9 Information 2 : Calcul des incertitudes de type B

 Calcul de l'incertitude sur la mesure de la distance obtenue par double lecture avec une erreur de positionnement P :    

3 2 / Pr écision d

u



Précision : plus petite graduation de l'appareil de mesure

 Calcul de l'incertitude sur la mesure du temps à l’aide de ESAO :    

3 2 / Pr écision t

u



Précision : La plus petite graduation associée à la lecture sur l’oscillogramme, c'est la différence entre deux positions les plus proches du pointeur sur ESAO.

Si x=20,01 ms et x’=20,03 ms, Précision=x’-x=0,02 ms.

 Exemple de calcul de l'incertitude sur une valeur issue d'un calcul : v  d t

u

  v

v  u

  d d



  

 

2

 u

  t t



  

 

2

soit u

  v  v  u

  d d



  

 

2

 u

  t t



  

 

2

u

  d

d , u

  t

t et u

  v

v sont des incertitudes relatives que l’on peut exprimer en %.

Si u

  d

d  u

  t

t , on peut négliger u

  t

t dans le calcul de l’incertitude.

 Calcul de l’incertitude élargie U

(v) pour que 95% des mesures soient dans l’intervalle de confiance : U

  v  2u

  v

 Ecriture correcte du résultat de la mesure : v=v

±U

(v)

 Calcul de l’incertitude relative à une valeur de référence : r  v

 v

v

Travail à réaliser : Travail n°1 :

Matériel

 deux morceaux de bois à cogner pour faire un son

 2 microphones

 une interface d'acquisition numérique FOXY avec fichiers de configuration sur l'ENT

 des fils de connexion

 un banc gradué au millimètre

1. Proposer un protocole expérimental permettant de déterminer la célérité du son dans l'air à l'aide du matériel disponible.

2. Le mettre en œuvre après validation du professeur.

3. Réaliser les calculs d'incertitudes avec le logiciel GUM voir travail 3.

Travail n°2 :

 Mettre en œuvre une démarche analogue pour déterminer la célérité des ultrasons dans l'air en remplaçant les morceaux de bois par un émetteur d'ultrasons et les microphones par des récepteurs d'ultrasons.

Travail n°3 :

 Proposer une démarche permettant de déterminer les incertitudes sur les mesures effectuées ainsi que celle portant sur la vitesse calculée.

 Citer les sources d'erreur, évaluer les erreurs de type B uniquement avec le logiciel GUM.

 L'exposer au professeur.

 La mettre en œuvre et afficher le résultat sous la forme : v

= v

± U(v)

 Comparer à la valeur VRAIE de la vitesse du son à la température de la salle.

 Conclure.

Travail n°4 :

 Quelles sont les valeurs des incertitudes relatives associées à la distance d, à la durée t et à la vitesse v ?

 À l’aide du logiciel GUM_MC_lycee (menu-demarrer...), comparer les valeurs de l’incertitude U

(v) pour des distances Récepteur1-Récepteur2 faibles et grandes.

 Conclure sur une amélioration du protocole expérimental pour diminuer l’incertitude sur la

vitesse.