SON ET LUMIERE 2 (SL2) : COMMENT UN SON SE PROPAGE-T

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 : ....................................................................................
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•Diminuer la fréquence jusqu'à 0 Hz. Noter ce qu'il se passe : ....................................................................
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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.
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Réponse à la question.

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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.
•1 oscilloscope TDS.
•2 prises BNC.
•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.
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 émetteur à ultrasons.
•2 récepteurs à ultrasons A et B.
•1 rail.
•1 alimentation +/- 15 volts.
•3 câbles électriques rouges et 3 noirs.
•3 prises BNC.
Protocole expérimental : (voir schéma ci-dessous).
•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 Y
1
2
carreaux au-dessus du milieu et la Y
2
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.
15
V
R
1
R
2
OSCILLOSCOPE
Y
1
Y
2
Emetteur avec GBF intégré
et f = 40 000 Hz
d
OSCILLOSCOPE
Y
1
Y
2
d = 2 mètres
micro 1
micro 2
AB

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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 ? .......................................................................................
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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 d
1
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.
d
5
= 5* λ = ......... d
10
= 10* λ = ......... d
15
= 15* λ = .........
•Calculer la valeur moyenne, en cm puis en m, de la longueur d'onde λ .
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•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.
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Réponse à la question.
Appel n°3 : appeler l'enseignant pour lui montrer vos réponses.