Rapport 2

(noms des auteurs)
Optique et physique des ondes
203-301
Laboratoire no1
Propagation des ondes sonores
Travail présenté à
M. Richard FRADETTE
Cégep de Saint-Jérôme
Centre collégial de Mont-Laurier
(date de remise)
Laboratoire no1
Propagation des ondes sonores
1 - BUTS
Mesurer la vitesse du son dans l'air à différentes fréquences. Vérifier la relation entre la
fréquence perçue et la vitesse selon l'effet Doppler.
2 - MATÉRIEL
-
1 oscilloscope
1 générateur de fonction
1 compteur de fréquence
2 émetteurs-récepteurs d'ultrasons
2 statifs
4 câbles coaxiaux (2 long, 2 courts)
2 petits fils (1 rouge, 1 noir)
4 pinces crocodiles (2 rouges, 2 noirs)
2 règles (1 petite, 1 longue)
1 rail à air avec accessoires
3 – SCHÉMAS
compteur
Note
émetteur
Le montage s’effectue
avec l’émetteur ou le
récepteur sur le rail à air
CH-1
émetteur
récepteur
amplificateur
récepteur
compteur
compteur
Schéma no1
Schéma no2
4 - MÉTHODE EMPLOYÉE
4-a) - Méthode de mesure
Des émetteurs d'ultrasons sont employés comme sources sonores. Un récepteur
d'ultrasons est employé pour mesurer le signal sonore obtenu en un point.
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Le signal électrique fournit à un émetteur représente le signal sonore à la sortie de
l'émetteur. Le signal électrique fournit par un récepteur représente le signal sonore à
l'entrée du récepteur.
Un oscilloscope permet de mesurer l'amplitude des ondes sonores émises et reçues. Un
compteur de fréquence permet de mesurer la fréquence des ondes sonores émises et
reçues.
4-b) - Méthode d'analyse
1re partie: Vitesse du son
Pour une onde émise avec une contante de phase nulle (schéma no1), la constante de
phase de l'onde reçue dépend de la distance. Alors, un déplacement du récepteur
produit un déphasage de l'onde reçue; soit
 y E = AE sin(-t)


 y R = AR sin(kr - t)


 = AR sin(-t +  )
où


2
)r
  = kr = (




2
 = kr = (
)r


est le déphasage (en rd),
est la longueur d'onde (en m)
est le déplacement du récepteur (en m).
et
La longueur d'onde peut être déterminée à partir du déplacement du récepteur
correspondant à un déphasage d'un nombre entier de cycles; soit
 = 2n
où
n


2r
2n =




r
  =
n

est un nombre entier de cycles de déphasage.
La vitesse de propagation est obtenue à l'aide de la fréquence mesurée; soit
3
v = f
où
v
est la vitesse du son (en m/s).
2e partie: Effet Doppler
Si l'émetteur et le récepteur sont en mouvement relatif (schéma no4), la fréquence perçue
par le récepteur est
vo 

1 
v  f   v  v o  f
f ' 
 v  vs 
 1  vs 

v 
où
et
f'
v
vO
vS
f
est la fréquence du son reçue par le récepteur (en Hz),
est la vitesse du son (en m/s),
est la vitesse du récepteur (en m/s),
est la vitesse de l'émetteur (en m/s)
est la fréquence du son émis par l'émetteur (en Hz).
Le signe du haut s'applique pour vO ou vS lors d'un rapprochement.
Le signe du bas s'applique pour vO ou vS lors d'un éloignement.
5 - DÉROULEMENT DE L'EXPÉRIENCE
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6 - RÉSULTATS
6-a) - Tableaux
1re partie: Vitesse du son
Tableau no1: Vitesses de propagation
f
vexp
kHz
m
---
m
m/s
---
Tableau no2: Comparaisons des résultats
essai
vexp
vthéo
%E
m/s
m/s
-----
son audible
ultrason
valeur moyenne
-----
-----
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2e partie: Effet Doppler
Tableau no3: Mouvement du récepteur
essai
f
f'
v
(vO)Doppler
(vO)Rail
%E
Hz
Hz
m/s
m/s
m/s
-----
aller
retour
Tableau no4: Mouvement de l'émetteur
essai
f
f'
v
(v0)Doppler
(v0)Rail
%E
Hz
Hz
m/s
m/s
m/s
-----
aller
retour
6-b) - Exemples de calculs
1re partie: Vitesse du son
Vitesse de propagation
Son audible:
v exp 1 = f exp 1  exp 1 =
  f exp 1   exp 1 
 v exp 1 =
 v exp 1 = 
+
 exp 1 
 f exp 1
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Ultrason:
v exp 2 = f exp 2  exp 2 =
  f exp 2   exp 2 
 v exp 2 =
 v exp 2 = 
+
 exp 2 
 f exp 2
vthéo = 20 T
 vthéo = 10
T

T
2e partie: Effet Doppler
Effet Doppler - Vitesse du récepteur
aller:
retour:
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Effet Doppler - Vitesse de l'émetteur
aller:
retour:
7 - ANALYSE
8
8 - CONCLUSION
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