Terminale S TP 3_Les ondes mécaniques sinusoïdales Les ondes mécaniques sinusoïdales Objectifs : - Définir la période, la fréquence et la longueur d’onde d’une onde progressive sinusoïdale. - Exploiter les relations entre ces grandeurs. Mr Bat se demande si les ondes ultrasonores sont plus rapides que les ondes sonores ? Document 0 : Dans cette étude et dans les documents ci-dessous, les ultrasons sont utilisés en mode continu. Document 1 : Préparation Faire les réglages préliminaires de l’oscilloscope. Sur le générateur basse fréquence (GBF), sélectionner une tension sinusoïdale de fréquence f = 40 kHz, d’amplitude Um = 5 V que l’on visualise sur la voie CH 1 de l’oscilloscope. Attention : On veillera à vérifier, par des calculs détaillés, l’obtention des bonnes valeurs indiquées sur l’écran de l’oscilloscope. Document 2 : Caractérisation des ultrasons dans l’air Sur le banc d’optique, installer l’émetteur et le récepteur. Relier l’émetteur au GBF sur la fréquence préparée précédemment. Le signal délivré par le GBF alimente l’émetteur et est visualisé en voie 1 (CH 1). Remarques : La masse de l’oscilloscope et masse du GBF doivent être identiques. On observe l’onde ultrasonore reçue par le récepteur en voie 2 sur l’oscilloscope. On utilisera de longs fils pour pouvoir déplacer au besoin le récepteur. CH1 Emetteur Récepteur Rouge Câble BNC noir vers CH2 GBF Noir Masse Document 3 : Notion de déphasage Lorsque l'on compare deux signaux de même fréquence, il est nécessaire d’indiquer de combien de temps ils sont décalés. On parle alors de déphasage. On dit que les signaux sont " en phase " s'ils sont superposés. La figure ci-contre représente des signaux déphasés. En vous aidant des documents, répondre à l’interrogation de Mr Bat. On pourra chercher à déterminer, expérimentalement, les caractéristiques des ondes ultrasonores : fréquence, amplitude, longueur d’onde et bien sûr leur célérité. Sur votre compte-rendu, décrire précisément : - l’expérience(s) réalisée(s), - vos observations et résultats expérimentaux (oscillogrammes), - votre raisonnement pour exploiter vos mesures afin de résoudre le problème exposé, - vos conclusions. M.Meyniel 1/1 Terminale S TP 3_Les ondes mécaniques sinusoïdales Compte-rendu des ondes sonores : Préparation : 1. Um = nb carreau x échelle Attention pap à l’origine ! 2. => T = nb carreau x échelle = 25 µs f = 1/T = 40 kHz Caractérisation : 1. Faire schéma oscillogramme avec deux ondes sinusoïdales déphasées. 2. 3. Détermination de la fréquence fR = 40 kHz (Cf Préparation 2. ) = fémetteur Um < 5 V et diminue qd on éloigne le récepteur de l’émetteur 4. Si la distance E-R varie il en va de même pour le décalage entre les 2 courbes (= déphasage φ). Or cette variation est périodique. La distance correspondante s’appelle la période spatiale encore appelée longueur d’onde. => En mesurant cette distance, on détermine la longueur d’onde. => Pour être plus précis, on peut mesurer 10 périodes (Faire un schéma) => λ = 8,9/10 = 0,89 cm 5. 6. v = λ.f ≈ 340 m/s Conclusion : Même célérite que les ondes sonores !!! car l’air est un milieu non dispersif M.Meyniel 2/1