SON ET LUMIERE 2 (SL2) : COMMENT UN SON SE PROPAGE-T
publicité
M SERRE 1PROE SON ET LUMIERE 2 (SL2) : COMMENT UN SON SE PROPAGE-T-IL ? TP1 : Propagation, vitesse et longueur d'onde d'un son FICHE ELEVE PAGE 1/3 Capacités visées : • Mettre en évidence expérimentalement que la propagation d'un son nécessite un milieu matériel. • Mesurer la vitesse de propagation d'un son dans l'air. • Déterminer expérimentalement la longueur d'onde d'un son en fonction de sa fréquence. • Utiliser la relation : λ = v.T Connaissances visées : • Savoir que la propagation d'un son nécessite un milieu matériel. • Savoir que la vitesse du son dépend du milieu de propagation. • Connaître la relation entre la longueur d'onde d'un son, sa vitesse de propagation et sa période : λ = v.T • Connaître l'ordre de grandeur de la vitesse de propagation du son dans l'air. Partie 1 : TP élève. Question : qu'est-ce qu'un son "physiquement" ? Matériel : • 1 GBF. • 1 haut parleur. • 2 câbles électriques (1 rouge et 1 noir). Protocole expérimental : • Relier le GBF au haut parleur par la sortie "1 Ω output". • Choisir un signal sinusoïdal et une fréquence d'environ 50 Hz. • Régler l'amplitude (bouton rotatif "level") à la moitié. L'augmenter si nécessaire. • Regarder le haut parleur et noter ce qu'il se passe : .................................................................................... ...................................................................................................................................................................... • Diminuer la fréquence jusqu'à 0 Hz. Noter ce qu'il se passe : .................................................................... ...................................................................................................................................................................... Réponse à la question. Partie 2 : TP prof. Question : à quelle condition un son se propage-t-il ? Matériel : • Cloche à vide. • Pressiomètre. • • Téléphone portable. Sonomètre. Protocole expérimental : (voir photo ci-contre). Sous une cloche à vide, placer un pressiomètre et un téléphone portable diffusant de la musique. • Régler le volume pour que l'on entende la musique une fois la cloche posée sur le plateau. • Faire le vide sous la cloche (mettre en marche le compresseur). • Noter ses observations au fur et à mesure que le vide se fait. ...................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................... Réponse à la question. • M SERRE 1PROE SON ET LUMIERE 2 (SL2) : COMMENT UN SON SE PROPAGE-T-IL ? TP1 : Propagation, vitesse et longueur d'onde d'un son FICHE ELEVE PAGE 2/3 Partie 3 : TP prof. Question : à quelle vitesse un son se propage-t-il dans l'air ? Mesure directe. Matériel : • 2 microphones Sony et leurs rallonges pour prise BNC. • 2 prises BNC. • 1 oscilloscope TDS. • 1 mètre. Protocole expérimental : (voir schéma ci-contre). • Sur un oscilloscope TDS, relier chaque entrée à un microphone. • Les 2 microphones sont séparés par une distance de 2 mètres. • Produire un claquement au niveau du microphone 1. • Noter ses observations sur ce qu'il se passe à l'oscilloscope. Y1 OSCILLOSCOPE Y2 micro 1 d = 2 mètres micro 2 Réponse à la question. Partie 4 : TP élève. Question : à quelle vitesse un son se propage-t-il dans l'air ? Mesure indirecte. Matériel : • 1 oscilloscope gris ou blanc ancien. • 1 alimentation +/- 15 volts. • 1 émetteur à ultrasons. • 3 câbles électriques rouges et 3 noirs. • 2 récepteurs à ultrasons A et B. • 3 prises BNC. • 1 rail. Protocole expérimental : (voir schéma ci-dessous). Y1 Emetteur avec GBF intégré et f = 40 000 Hz OSCILLOSCOPE Y2 15 V • • • • A R1 R2 B d Réaliser le montage correspondant au schéma ci-dessus. Brancher et allumer l'oscilloscope (mais n'allumez pas l'alimentation +/- 15 volts !!!). Régler l'oscilloscope de façon à avoir 2 traces sur l'écran de l'oscilloscope non confondues (la Y1 2 carreaux au-dessus du milieu et la Y2 2 carreaux au-dessous). Régler la sensibilité horizontale (Time / div) en 10 µs et la verticale (Volt / div) en 20 mV. Appel n°1 : appeler l'enseignant pour lui montrer votre montage. M SERRE 1PROE SON ET LUMIERE 2 (SL2) : COMMENT UN SON SE PROPAGE-T-IL ? TP1 : Propagation, vitesse et longueur d'onde d'un son FICHE ELEVE PAGE 3/3 • • • • • • • • Allumer l'alimentation +/- 15 volts. Allumer l'émetteur. Débrancher le récepteur 1 et le brancher sur l'émetteur (sur la prise "signal de sortie"). Régler la sensibilité verticale à 5V/div. On observe un signal .......................... Régler la fréquence de l'émetteur de façon à avoir 40 000 Hz (T = 25 µs). Rebrancher le récepteur 1 et re-régler la sensibilité verticale en 20 mV/div. Ne plus toucher au bouton de réglage de fréquence de l'émetteur !!! Mettre les deux récepteurs au même niveau (d = 0). Que constatez-vous sur l'écran de l'oscilloscope ? ....................................................................................... ....................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................... Appel n°2 : appeler l'enseignant pour lui montrer l'écran de l'oscilloscope et votre réponse. • Reculer le récepteur B. Les signaux se déphasent puis se retrouvent de nouveau en phase. La distance d1 séparant A de B est la longueur d'onde λ qui correspond à la distance parcourue par l'onde pendant une période. λ = ......... • Reculer de nouveau le récepteur B jusqu'à ce que les courbes soient en phase pour la cinquième fois, la dixième fois et la quinzième fois. Dans chaque cas, noter la distance séparant A de B. d5 = 5*λ = ......... d10 = 10*λ = ......... d15 = 15*λ = ......... Calculer la valeur moyenne, en cm puis en m, de la longueur d'onde λ. ....................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................... • Sachant que la fréquence des ultrasons est f = 40 000 Hz, calculer la vitesse v de propagation des ultrasons en utilisant la relation λ = v*T. ....................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................... Réponse à la question. • Appel n°3 : appeler l'enseignant pour lui montrer vos réponses.
