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Mesure de la célérité d’une onde sonore Document : M.Moppert - CPF - Beyrouth
Corrigé
A. Première partie : l’oscilloscope, outil de mesure
1. On branche un haut-parleur (HP) sur un générateur basses fréquences (GBF) et un microphone (M
1
) sur la
voie A d’un oscilloscope, réglé comme le montre la figure ci-dessous.
a) Quelle est la nature de l’onde sonore qui se propage ?
C’est une onde mécanique longitudinale progressive périodique sinusoïdale.
b) Calculer la fréquence f
1
du son reçu par le microphone M
1
.
T1 = kH.d et T1 =
=> f1 =
H
soit : f1 = 4
−
× × = 2,5 x 103 Hz
2. Pour le son de fréquence f
1
, quel bouton faut-il régler sur l’oscilloscope et sur quelle position faut-il le placer,
pour observer sur l’écran :
a) 5 périodes ?
Il faut régler le bouton de sensibilité horizontale.
5 périodes sur 10 divisions (largeur de l’écran) implique nécessairement : d’ = 2,0 div
Or : k’H =
soit : k’H =
× × = 2,0 x 10-4 s.div-1 ou 2,0 x 10-1 ms.div-1
b) Une courbe d’amplitude 1,5 divisions ?
Il faut régler le bouton de sensibilité verticale de la voie A de telle façon que d’ = 1,5 div
Um = kV.y = k’V.d’ => k’V = v
soit : k’V =
3
1,5
−
××= 1,0 V.div-1
B. Deuxième partie : méthode des microphones
1. Expliquer l’expression : « … les deux courbes observées sur l’oscilloscope sont en phase ».
Les 2 courbes correspondent à deux points du milieu de propagation qui vibrent en phase c'est-à-
dire deux points du milieu qui sont affectés par l’onde de la même façon à la même date.
2. Quelle valeur de la longueur d’onde λ
λλ
λ peut-on déduire de ces mesures ?
Deux points qui vibrent en phase sont séparés par une distance d = k.λ (k : entier positif).
On remarque ici que les abscisses x2 sont des multiples entiers de la même grandeur :
λ
λλ
λ = 17,0 cm
3. Calculer la célérité V du son dans l’air à la température où sont effectuées les mesures.
λ = V.T et T =
=> λ =
et V = λ.f soit : V = 17,0 x 10-2 x 2,0 x 103 = 3,4 x 102 m.s-1
4. La célérité V du son change-t-elle si on change la fréquence de la tension délivrée par le GBF ?
Non car l’air n’est pas un milieu dispersif : la célérité des ondes ne dépend par de leur fréquence.
5. Serait-il possible de réaliser ces mesures avec ce montage, mais avec un seul microphone ? Si oui, expliquer
brièvement la méthode.
Oui, en reliant le haut-parleur à la voie 1 de l’oscilloscope et le microphone à la voie 2 de
l’oscilloscope. On place le microphone contre le haut-parleur et, le haut-parleur restant fixe, on
recule lentement le microphone jusqu’à ce que les 2 courbes observées sur l’oscilloscope soient en
phase : soit x = 0 cette position. On continue alors à reculer lentement le microphone et on
relève l’abscisse x de ce microphone à chaque fois que les courbes sur l’oscilloscope sont de
nouveau en phase.