MESURE DE LA CELERITE D`UNE ONDE PROGRESSIVE
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VITESSE DU SON DANS L’AIR On souhaite ici mesurer la célérité d’une onde sonore dans l’air. A. Introduction – dispositif expérimental L’arrivée d’un son sur un micro produit une variation de la tension aux bornes de ce micro (le fonctionnement d’un micro est expliqué sur l’animation disponible à l’adresse : http://www.edumedia-sciences.com/fr/a562-microphones). Le but est d’enregistrer les variations des tensions aux bornes des deux micros après le clap sonore en utilisant un ordinateur muni d’une carte d’acquisition. On pourra ensuite mesurer facilement le retard séparant la détection du clap par le micro 2 de la détection du clap par le micro 1. Le logiciel qui gère le fonctionnement de l’acquisition est le logiciel DATADIRECT. Une utilisation simplifiée du logiciel DATADIRECT est décrite dans la fiche jointe. B. Mesure de la célérité des ondes sonores : - - Mesurer la distance d séparant les deux micros à l’aide du décamètre. Evaluer la précision de cette mesure. Noter les paramètres d’acquisition de DATADIRECT : durée totale de l’acquisition, nombre de mesures réalisées, durée entre deux mesures. Quand l’ordinateur commence-t-il à réaliser les mesures ? Faire une acquisition. En utilisant l'outil Réticule, mesurer la durée (en seconde) qui sépare les premiers pics de chaque enregistrement. Quelle relation existe-t-il entre les grandeurs d, et v ? Indiquer les unités de chacune des grandeurs. -1 - En déduire la célérité v des ondes sonores en m.s . - La célérité du son dans l'air est donnée par la relation : vth = -3 RT M avec γ = 1,4; R = 8,314 -1 SI; T en K; M = 28,8.10 kg.mol . Calculer vth pour la température du jour de l'expérience et comparer avec la valeur expérimentale v trouvée en calculant l’écart relatif. C. Le mur du son Les informations reprises ci-dessous net.fr/~brolis/docs/mur/mur1.html. proviennent du site http://perso.id- 1. Avion volant à vitesse subsonique Un avion en vol provoque la vibration des molécules composant l'air. Une onde sonore est émise. Si l'avion vole moins vite que la vitesse du son ( vitesse subsonique ), les vibrations de l'air se propagent en avant de l'aéronef. Chasseur F-15 en vol subsonique Aucun phénomène particulier ne se produit. Tous les avions commerciaux, sauf le Concorde et l'appareil soviétique Tupolev Tu144 volent à vitesse subsonique. 2. Avion volant à vitesse transonique Lorsque la vitesse de l'avion approche la vitesse du son (vitesse transonique), un phénomène particulier se produit. Les vibrations sonores, qui se déplacent à une vitesse pratiquement égale à celle de l'appareil s'accumulent devant le nez de celui-ci. Chasseur F-15 en vol transsonique Cette accumulation crée une forte surpression en avant de l'avion qui se heurte à un "mur". Il faut alors un surcroît d'accélération afin de dépasser cette vitesse critique et de passer le mur du son. Cette puissance supplémentaire est dans la plupart des cas fournie par la postcombustion, seuls un petit nombre d'appareils militaires très puissants peuvent se passer de cette post-combustion pour voler en régime supersonique ( F-22 américain, Rafale français et Typhoon européen ). 3. Avion volant à vitesse supersonique Lorsque l'avion a dépassé la vitesse du son, les vibrations sonores sont "expulsées" de part et d'autre de l'aéronef. Il se crée alors un cône de choc puisque les vibrations accumulées devant le nez de l'appareil sont subitement libérées. On entend alors un "Bang" supersonique. Chasseur F-15 en vol supersonique Tant que l'avion volera a une vitesse supérieure à celle du son, les vibrations sonores formeront toujours un cône de choc se déplaçant avec l'avion. Le bang supersonique sera audible tant que l'avion se déplacera à une vitesse supersonique et pas seulement au moment du passage du mur du son. De même, un avion voyageant à deux fois la vitesse du son n'engendra qu'un seul cône de choc supersonique. Les deux images ci-dessus montrent respectivement un F-4 Phantom et un F/A-18 Hornet volant à vitesse supersonique. Dans ces deux situations, le cône de choc est rendu visible par la condensation de vapeur d'eau. Dans le cas du Phantom ( première photo ), on observe un second cône de choc en avant de l'avion. Des films sont disponibles aux adresses : http://www.dailymotion.com/video/x1bc9_passagedu-mur-du-son_extreme ou http://www.dailymotion.com/video/x5ho0z_passage-du-mur-duson-par-atlantis_tech. 4. Exercice Les ondes mécaniques progressives Réaliser la totalité de l’activité proposée à l’adresse : http://www.acgrenoble.fr/disciplines/spc/file/accompa/ondes/co/Module_Exemple_web.html. CELERITE D'UNE ONDE LE LONG D'UNE CORDE AVEC LE LOGICIEL AVIMECA Ouvrir le logiciel Aviméca et charger le clip vidéo Corde. Front de l’onde Menu: Clip Adapter OK. Faire jouer plusieurs fois le clip vidéo avec la flèche verte en bas à gauche. 1) Quel est le type d'onde qui se propage ? Justifier votre réponse. 2) Comment se déplace le point noir repéré sur la corde ? Onglet Etalonnage: Cliquer sur Origine et Sens : - choisir un axe horizontal dans le sens de déplacement de la corde. - déplacer la souris dans la zone vidéo sur l'extrémité droite de la règle et cliquer: un repère s'affiche. Cliquer sur Echelle identique: - dans la zone vidéo cliquer sur l'extrémité droite de la règle (le logiciel repère ce premier point). - cocher "2ème point" puis dans la zone vidéo cliquer sur l'extrémité gauche de la règle - entrer la valeur 1,00 dans le cadre vert. Revenir sur l'onglet Mesure. Vérifier que le tableau à gauche est vierge, sinon le vider en utilisant les icônes Effacer en bas à droite. Faire avancer le clip image par image (flèche bleue en bas à droite). Avec le pointeur, repérer précisément le front de l'onde (début de l'onde): le logiciel passe alors automatiquement à l'image suivante. Répéter l'opération jusqu'à ce que le front l'onde sorte de l'écran. Les coordonnées des points correspondants aux fronts de l'onde sont affichées dans le tableau. 3) Quelle est la durée entre deux images consécutives ? 4) Déterminer la valeur de la célérité de l'onde, entre le premier et le dernier pointage. CELERITE D'UNE ONDE LE LONG D'UN RESSORT AVEC LE LOGICIEL AVIMECA Faire la même étude que dans le paragraphe précédent en utilisant le film Ressort.
