TP de Physique 1 - Enseignement des Sciences Physiques

Terminale S
TP 3_Les ondes mécaniques sinusoïdales
M.Meyniel 1/1
Les ondes mécaniques sinusoïdales
Objectifs : - Définir la période, la fréquence et la longueur d’onde d’une onde progressive sinusoïdale.
- Exploiter les relations entre ces grandeurs.
Mr Bat se demande si les ondes ultrasonores sont plus rapides que
les ondes sonores ?
Document 0 :
Dans cette étude et dans les documents ci-dessous, les ultrasons sont utilisés en mode continu.
Document 1 : Préparation
 Faire les réglages préliminaires de l’oscilloscope.
 Sur le générateur basse fréquence (GBF), sélectionner une tension sinusoïdale de fréquence f = 40 kHz,
d’amplitude Um = 5 V que l’on visualise sur la voie CH 1 de l’oscilloscope.
Attention : On veillera à vérifier, par des calculs détaillés, l’obtention des bonnes valeurs indiquées sur
l’écran de l’oscilloscope.
Document 2 : Caractérisation des ultrasons dans l’air
 Sur le banc d’optique, installer l’émetteur et le récepteur.
 Relier l’émetteur au GBF sur la fréquence préparée précédemment. Le signal délivré par le GBF
alimente l’émetteur et est visualisé en voie 1 (CH 1).
Remarques : La masse de l’oscilloscope et masse du GBF doivent être identiques.
On observe l’onde ultrasonore reçue par le récepteur en voie 2 sur l’oscilloscope. On utilisera de longs fils
pour pouvoir déplacer au besoin le récepteur.
Document 3 : Notion de déphasage
Lorsque l'on compare deux signaux de même fréquence, il est nécessaire d’indiquer
de combien de temps ils sont décalés. On parle alors de déphasage.
On dit que les signaux sont " en phase " s'ils sont superposés.
La figure ci-contre représente des signaux déphasés.
En vous aidant des documents, répondre à l’interrogation de Mr Bat.
On pourra chercher à déterminer, expérimentalement, les caractéristiques des ondes ultrasonores :
fréquence, amplitude, longueur d’onde et bien sûr leur célérité.
Sur votre compte-rendu, décrire précisément :
- l’expérience(s) réalisée(s),
- vos observations et résultats expérimentaux (oscillogrammes),
- votre raisonnement pour exploiter vos mesures afin de résoudre le problème exposé,
- vos conclusions.
Rouge
Câble BNC noir
vers CH2
Emetteur
Récepteur
Noir
GBF
CH1
Masse

Terminale S
TP 3_Les ondes mécaniques sinusoïdales
M.Meyniel 2/1
Compte-rendu des ondes sonores :
Préparation :
1. Um = nb carreau x échelle Attention pap à l’origine !
2. T = nb carreau x échelle = 25 µs => f = 1/T = 40 kHz
Caractérisation :
1. Faire schéma oscillogramme avec deux ondes sinusoïdales déphasées.
2. Détermination de la fréquence fR = 40 kHz (Cf Préparation 2. ) = fémetteur
3. Um < 5 V et diminue qd on éloigne le récepteur de l’émetteur
4. Si la distance E-R varie il en va de même pour le décalage entre les 2 courbes (= déphasage φ). Or cette
variation est périodique. La distance correspondante s’appelle la période spatiale encore appelée longueur d’onde.
=> En mesurant cette distance, on détermine la longueur d’onde.
=> Pour être plus précis, on peut mesurer 10 périodes (Faire un schéma)
=> λ = 8,9/10 = 0,89 cm
5. v = λ.f ≈ 340 m/s
6. Conclusion : Même célérite que les ondes sonores !!! car l’air est un milieu non dispersif