1sti2D_TP_ultrasons.odt Isabelle Monge – Lycée du Rempart 11/05/14
1ère sti 2D – Travaux pratiques : Les sons
Gamme des fréquences audibles pour l'homme :
Pour des raisons de confort, on travaillera avec des ultrasons, qui ont les mêmes propriétés que les sons.
1) Mesure de la fréquence des ultrasons
On utilise l’émetteur en mode « continu ».
1. Placer le récepteur en face de l’émetteur. Observer à l’oscilloscope le signal reçu par le récepteur. Le représenter.
2. Mesurer la période T et en déduire la fréquence f.
3. Observations : Rapprocher et éloigner le récepteur de l’émetteur. Que constatez-vous ? Éloigner le récepteur de l’axe de l’émetteur. Que constatez-vous ?
2) Mesure de la longueur d’onde des ultrasons λ
Placer les 2 récepteurs en face de l’émetteur, et les relier aux voies de l’oscilloscope.
Placer les bords des récepteurs sur une graduation « entière » de la règle (par exemple, sur 10 cm). Cette position sera la position 0 des récepteurs. Placer l’émetteur devant (entre 0 et 10 cm) de telle façon que les signaux soient en phase. Ne plus toucher à l’émetteur.
A partir de cette position 0, éloigner lentement un récepteur de l’émetteur (l’autre restant immobile) pour obtenir à nouveau les signaux en phase. Ce récepteur est alors en position 1.
En ces deux positions, l’état de l’onde est donc exactement le même. La distance qui sépare la position 0 et la position 1 représente donc la période spatiale ou longueur d’onde λ de l’onde ultra sonore.
Pour améliorer la précision de la mesure, déplacer non pas une fois mais 10 fois le récepteur de suite pour retrouver les signaux en phase à partir de la position 0. Noter la distance séparant les positions 0 et 10.
En déduire la valeur de la longueur d’onde des ultrasons étudiés.
3) Calcul de la vitesse de propagation des ultrasons
Quelle est la relation entre la fréquence f, la longueur d’onde et la vitesse de propagation v d’une onde λ périodique. A partir des résultats précédents, calculer v et comparer à la valeur théorique.
4) Mesure de la vitesse de propagation des ultrasons
On utilise l’émetteur en mode « salve ».
Ce mode de fonctionnement est celui où l’émetteur produit pendant un très court instant une succession d’ondes ultra sonores (appelée un train d’ondes ou salve), puis un silence.
L’ensemble « train d’ondes + silence » se répète ensuite à intervalles de temps réguliers.
Placer 2 récepteurs R1 et R2 face à l’émetteur à une distance d l’un de l’autre (de l’ordre de 80 cm).
Observer à l’oscilloscope les signaux des deux récepteurs ; Les représenter.
Mesurer l’écart de temps t entre les deux réceptions et en déduire la vitesse v. Comparer.
5) Effets de différents matériaux sur la propagation des ultrasons
L'émetteur et le récepteur R1 sont distants de 30 cm environ. Le récepteur est relié sur la voie 1 de l’oscilloscope.
Après avoir bien observé l’amplitude de la sinusoïde obtenue, on place entre eux des obstacles de nature différente. Qu'observez-vous ? Émettre une hypothèse sur ce que deviennent les ultrasons qui ne traversent pas l’obstacle.
Proposer un protocole expérimental qui permette de vérifier votre hypothèse.
Réaliser la manipulation proposée. Les observations confirment-elles ou non l'hypothèse faite précédemment ?
