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Thème : Son et musique Domaine d’étude : Emetteur et récepteur sonore TP03 Partie1 : Le haut parleur Un haut-parleur permet de convertir en sons les signaux électriques qu’il reçoit : c’est un transducteur électro-acoustique. Comment fonctionne un haut-parleur? Doc1 : Mise en évidence de la force de Laplace Un matériau conducteur, parcouru par un courant électrique et placé dans un champ magnétique, est soumis à une force électromagnétique. Cette force est appelée force de Laplace (Pierre-Simon de Laplace, 1749-1827, était un mathématicien, astronome et physicien français). L’expérience avec la bobine (Exp1) et l’expérience du rail de Laplace (Exp2) mettent en évidence cette force. Ici, le champ magnétique 𝐵 (orienté du Nord au Sud à l’extérieur de l’aimant) est créé par un aimant permanent. Exp1 Exp2 Visualiser l’animation « 1) rail de Laplace » Doc2 : Principe et constitution du haut parleur électrodynamique : Un haut-parleur électrodynamique comporte deux éléments essentiels : une bobine mobile et un aimant fixe. La bobine est placée dans le champ magnétique de l’aimant. Alimentée par une tension variable, la bobine est susceptible d’osciller horizontalement. Une membrane, solidaire de la bobine, fait vibrer l’air environnant ce qui produit un son. Visualiser l’animation « 2) HP et force de Laplace » Visualiser l’animation « 3) HP et tension sinusoïdale » Doc3 : Mise en évidence du mouvement à l’origine du principe du haut parleur: Aux bornes de la bobine, brancher un GBF (Générateur Basse Fréquence) réglé en tension sinusoïdale avec une fréquence d’environ 2,5Hz. L’aimant suspendu au ressort du dynamomètre de 2N se met à osciller. (Exp3) Exp3 Aux bornes de la bobine, brancher un GBF (Générateur Basse Fréquence) réglé en tension sinusoïdale avec une fréquence d’environ 2,5Hz. La bobine se met à osciller à l’intérieur de l’aimant. (Exp4) Exp4 Doc4 : La stroboscopie Un stroboscope est une source lumineuse qui émet de brefs éclairs à intervalles de temps réguliers. La fréquence des éclairs émis est réglable : elle est affichée en éclairs /min sur le stroboscope. Un stroboscope permet : - d’observer des mouvements trop rapides pour l’oeil nu ; - de mesurer la fréquence d’une vibration périodique. Mode d’emploi : Pour mesurer la fréquence fv d’une vibration périodique, il faut éclairer le système vibratoire avec le stroboscope en partant de la plus grande fréquence possible pour les éclairs. Ensuite il faut diminuer lentement la fréquence fe des éclairs jusqu’à observer une immobilité apparente du système vibratoire : on a alors fv = fe. Travail à effectuer : Réaliser 1) Réaliser l’expérience 1. *Modifier le sens de circulation du courant électrique. *Modifier le sens du champ magnétique créé par l’aimant. De quels paramètres dépend le sens de la force de Laplace ? …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2) Réaliser l’expérience2 : *Relier brièvement les fils issus du rail de Laplace aux bornes de la batterie. Observer. *Modifier le sens de circulation du courant électrique. *Modifier le sens du champ magnétique créé par l’aimant. *Repérer le sens du courant et le sens du vecteur champ magnétique dans chaque cas et vérifier que le sens de la force de Laplace répond à la règle des 3 doigts. Schématiser le vecteur force de Laplace s’exerçant sur le barreau dans le cas de figure suivant : 3) Réaliser les expérience3 et 4 Interpréter le mouvement d’oscillation obserevé…………………………………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. Comment vérifier, à l’aide d’un chronomètre que la fréquence d’oscillation est de 2,5 Hz ? Réaliser cette vérification. 4) Établir puis appliquer un protocole expérimental permettant de trouver la relation entre la fréquence fu de la tension alternative sinusoïdale u qui alimente un haut-parleur et la fréquence fv des vibrations de sa membrane. Matériel : GBF (fixer la fréquence à environ 100Hz) , HP, stroboscope ( !fréquence affichée en nombre d’éclairs par minute !) Conclure: ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
