TP n°1 - p@r M. Brivet

Sciences Physiques
Correction du TP n°1
Le montage utilisé lors de l’expérience est le suivant :
CLAC !
d
EAD1+
0V
EAD0+
0V
Pour une distance d = 1,0 m on obtient les graphiques suivants :
Pour enregistrer une onde sonore il nous faut un capteur. Il est très difficile de capter une onde car elle
se transporte sans transport de matière donc on ne peut pas « l’attraper ». On utilise alors un capteur, dans notre
cas des micros. Les ondes sonores résultent de la succession de dépressions et de surpressions qui se propagent
dans l’air (rappel : le son est une onde mécanique car elle a besoin de matière pour se propager.). Ces
surpressions et dépressions font bouger la membrane du micro. Celle-ci est reliée à une bobine qui se déplace
dans l’entrefer d’un aimant ce qui crée une tension électrique. Cette tension aura des caractéristiques
semblables à celles du son qui arrive. Plus le son sera fort, plus la tension sera forte, les variations dans le temps
seront les mêmes. Cette tension est acquise (= « mesurée ») par l’ordinateur à l’aide d’une interface.
1
Sur l’enregistrement obtenu, la courbe bleue correspond au signal du micro le plus proche, ce micro sera
appelé par la suite « le 1er micro ». C’est lui qui déclenche l’enregistrement au moment où il capte le son
produit par le « clac ».
D’une façon pratique, pour éviter que ce micro déclenche l’enregistrement pour n’importe quel petit
bruit, notamment quand votre éminent professeur fournit de précieuses explications, on règle un seuil de
déclenchement. Ce seuil a été réglé à 0,78 mV. On remarque qu’effectivement l’enregistrement bleu démarre à
0,78mV.
L’enregistrement rouge correspond au signal reçu par le 2ème micro, le plus éloigné du « clac ». On peut
remarquer qu’il le reçoit avec un certain retard τ, ce qui paraît logique vu qu’il est plus loin.
On peut aussi remarquer que le début du signal rouge (le début de l’onde) présente les mêmes variations
que le signal bleu… et oui…
On remarque aussi que les amplitudes des pics du signal rouge sont moins importantes que celles du
signal bleu (même échelle sur l’axe des ordonnées qui correspond aux valeurs de la tension électrique). Le son
en se propageant s’est atténué. L’onde sonore se propage sans transport de matière mais en transportant de
l’énergie. En interagissant avec la matière, l’onde perd de son énergie d’où l’atténuation observée.
Finalement, comment fait-on pour calculer la célérité v du son ?
On connaît la distance d entre les micros, on détermine le retard τ avec lequel le 2ème micro capte l’onde puis on
applique la formule :
d
v=
τ
Pour déterminer le retard il faut faire attention ! Comme le
son capté par le 1er micro démarre « en cours de route »,
on n’a pas le tout début de l’onde sonore. On va donc,
pour déterminer le retard, considérer le 1er maximum de la
courbe bleue qui correspond au 2ème maximum de la
courbe rouge. (Le 1er maximum présent sur la courbe
rouge n’a pas été capté par le 1er micro, on le voit en
considérant les allures des courbes qui sont semblables au
début.)
Temps correspondant au 1er pic bleu : environ 40 µs.
Cf capture ci-contre. On est obligé d’écrire « environ 40
µs » car en zoomant on remarque qu’on ne peut pas
définir avec davantage de précision le maximum.
En effectuant la même chose avec la courbe rouge on a :
Temps correspondant au 1er pic rouge : environ 2,9 ms.
Idem pour la précision.
Cf capture ci-dessous.
2
On en déduit le retard τ en seconde: τ = 2,9.10-3 – 40.10-6 = 2,86.10-3 s.
Puis on calcule la célérité : v =
d
τ
=
1, 0
= 349, 65 m.s -1
−3
2,86.10
On donne ensuite le résultat avec le bon nombre de chiffres significatifs. La distance est connue avec 2 chiffres
significatifs tout comme le retard. On donne donc la célérité avec 2 chiffres significatifs :
v = 3,5.102 m.s-1
Et l’encadrement alors ?
Ecrire que la vitesse vaut 3,5.102 m.s-1 avec deux chiffres significatifs revient à dire que la vitesse est en fait
comprise entre 3,45.102 m/s et 3,55.102 m/s. Le voilà l’encadrement :
3,45.102 m/s < v < 3,55.102 m/s
Remarque :
Certains ont calculé un écart relatif avec la valeur connue qui est 340 m.s-1. Cette initiative est vraiment très
bonne ! Il faut juste faire attention que la célérité du son dépend de la température de l’air. On n’a pas utilisé de
thermomètre mais on peut estimer que la température était comprise entre 20 et 25 °C. La célérité vaut alors
environ 345 m.s-1. Vu le manque de précision quant à la température on ne peut que seulement discuter de son
influence sans se lancer dans des comparaisons quantitatives.
Fiche téléchargée sur http://mbrivet.free.fr
MBriveT
3