Propagation d`une onde périodique

Propagation d’une onde périodique
TP 2 physique : Terminale
I) Objectifs
Reconnaître une onde longitudinale, utiliser un dispositif expérimental pour mesurer un retard ou une
distance lors de la propagation d'une onde.,exploiter la relation entre le retard, la distance et la célérité.,
étudier les propriétés des ondes ultrasonores : mesurer leur longueur d’onde et leur célérité.
II ) Comment mesurer expérimentalement la période et la longueur d’onde d’une onde
ultrasonore ?
1 ) Étude de l'onde ultrasonore
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Voie B
Emetteur
Recepteur
Régler le générateur en mode continu.
12V
Régler le balayage de l'oscilloscope autour de 10 µs /
0V
div. (Oscilloscope en mode AC)
Voie A
Mesurer à l'aide de l'oscilloscope la période T de la
Masse de l'oscillographe
source et en déduire sa fréquence. On appelle la
période temporelle T.
Évaluer de façon similaire la fréquence ν et la période T ( période temporelle)du son qui se propage.
(celle du signal fourni par le récepteur convenablement orienté).
Comparer qualitativement les deux signaux.
L'onde ultrasonore est-elle progressive? est-elle mécanique? est-elle périodique?
2 ) Utilisation de l'émetteur en mode salve pour mesurer la célérité des ultrasons.
a ) Approche qualitative
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Basculer l'émetteur en mode “ salve rapide ”.
Sans toucher au réglage du balayage, observer sur la voie A de l'oscilloscope le signal de l'émetteur.
Le comparer au signal émis en mode continu.
Régler le balayage autour de 2 ms / div et synchroniser le signal sur la voie A.
Observer sur la voie A l'influence du réglage du rapport cyclique sur les salves de l'émetteur et observer
sur la voie B le signal du récepteur. (stabiliser avec level)
b ) Mesure de la vitesse de propagation.
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Proposer un mode opératoire pour mesurer la vitesse v de propagation des ultrasons (célérité) à l'aide du
dispositif précédent (salves ultrasonores).
Comment obtenir la meilleure mesure? Réaliser cette mesure.
3 ) Mesure de la longueur d'onde des ultrasons.
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Remettre le générateur d'ultrasons en mode continu
Régler le balayage de l'oscilloscope autour de 10 µs / div.
Déplacer en translation le récepteur convenablement orienté suivant l'axe de l'émetteur (cf. schéma cidessous). Observer :
- le signal de l'émetteur,
- le signal du récepteur se déplace lorsque la position du récepteur varie.
émetteur
récepteur
règle graduée millimétrée fixée.
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Visualiser sur l'écran quelques périodes de chaque signal et superposer les deux courbes. Repérer sur la
règle graduée la position du récepteur.(1)
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Déplacer vers la droite le récepteur pour retrouver une première fois la même superposition
(déplacement d’une période spatiale notée λ), une deuxième fois la même superposition (2λ) , ……une n-ième
fois la même superposition .
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Noter d la distance de déplacement du récepteur par rapport à la première position du récepteur (1) et
compléter le tableau ci-dessous pour en déduire la valeur de la longueur d'onde λ:
Nombre n de
superpositions
des signaux
1
5
10
20
30
Distance d (mm)
Période spatiale λ (mm)
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Comment choisir n pour déterminer la période spatiale λ de la façon la plus précise possible ? Justifier
votre réponse.
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A partir de la mesure la plus précise de la période spatiale (en m), de la mesure de la célérité (en m.s-1)
de l'onde et de la mesure de la période (en s) de l'onde, Trouver la relation entre ces trois grandeurs.
(Vous pouvez vous aider des unités)
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Exprimer cette même relation en fonction de la fréquence de l'onde.
III- Comment mesurer expérimentalement la période, la longueur d’onde et la célérité
d’une onde périodique créé à la surface de l’eau ?
Vous allez observer le phénomène de propagation d’ondes périodiques sur une cuve à onde. Placer un double décimètre
aussi près que possible de la surface de l’eau. Mesurer la longueur de l’image du double décimètre sur le verre
dépoli où est projeté l’image de la surface. En déduire le facteur de grandissement du système optique.
Vous allez régler l’éclairage stroboscopique de manière à ce que sa fréquence soit égale à celle du générateur de
perturbation périodique. (Synchronisation). La surface de l’onde apparaît immobile. Qu’en est-il en réalité ?
Pour différentes fréquences vous devez déterminer avec le
plus de précision possible :
- la période spatiale notée λ
- la période T des ondes.
- la célérité v des ondes
Expliquer la méthode .
Compléter le tableau ci-dessous :
N (Hz)
T(s)
λ(m)
V(m.s-1)
IV – Conclusion : La notion de périodicité temporelle et périodicité spatiale :
a) Le cas d’un point du milieu de propagation
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Considérer un point du milieu de propagation de l'onde progressive et étudie son évolution au cours du temps.
Si l'onde est périodique, ce point (sa pression, son élongation …) évolue lui-même de façon périodique.
Quelle notion de périodicité ceci évoque-t-il ?
b) Le cas de l’ensemble des points du milieu de propagation
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Considérer à présent l'ensemble du milieu de propagation à une date donnée. Si l'onde progressive est
périodique, certains points du milieu sont dans le même état (même pression, même élongation …).
Cette "photographie" du milieu à une date t illustre à son tour une autre notion de périodicité, laquelle ?
Correction
Matériel indispensable
Pour les élèves :
Un générateur et un récepteur d'ultrasons.
Un oscilloscope.
Une règle graduée de 50 cm à 1 m.
Cuve à onde
Télé avec arrêt sur image + film 1,2,3