Vers une pompe à vide Cloche à vide Thème : Santé Activité

2nde
Thème : Santé
Activité : Ondes sonores et ultrasonores
I. Les ondes sonores :
A. Expérience :
a) Montage expérimental au bureau :
 On place un téléphone portable sous la
cloche à vide, puis on le fait sonner.
 On fait le vide sous la cloche, puis on le
fait sonner de nouveau.
1.
2.
Que signifie l’expression << faire le vide sous
la cloche>>
Entend-on et voit-on le téléphone :
a) Avant de faire le vide sous la cloche ?
b)
3.
Vers une pompe à vide
Cloche à vide
Après avoir fait le vide sous la cloche ?
Proposer une explication aux deux observations précédentes.
B. Mesure de la vitesse du son dans l’air
Matériel utilisé :
 Deux microphones
 Un ruban-mètre
 Une interface d’acquisition
 Ordinateur + logiciel LatisPro
Montage expérimentale :
Distance : d = 1 m
Voie EA0
Voie EA1
Micro 1
Micro 2
Paramétrages du logiciel LatisPro :
 Dans la fenêtre d’acquisition, sélectionner les deux voies EA0 et EA1, elles doivent devenir bleutées.
 Choisir l’acquisition temporelle, fixer la durée d’acquisition à 7 ms (le changer éventuellement si la distance
D entre les deux micros change) et le nombre de points à 1 000.
 Choisir un déclenchement sur la source de la voie EA0 avec un seuil de 0,2 V dans le sens montant et régler le prétrig
à 25%.
 Lancer l’acquisition avec la touche F10 et effectuer un << clap sec >> avec les mains devant le micro 1.
 Enregistrer la courbe et l’imprimer.
Mesures :
 Mesurer à l’aide de l’outil réticule (clic droit dans la zone graphique, puis réticule) le décalage horaire t entre le
signal émis par le micro 1 et le signal reçu par le micro 2.
 Changer la valeur de la distance d par intervalle de 0,2 m, jusqu’à 2 m, et mesurer t. Enregistrer et imprimer.
 Compléter le tableau suivant :
Distance d (en m)
t (en s)
Ondes sonores et ultrasonores
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
1/3
Exploitation :
 Introduire dans le tableur de LatisPro les différentes valeurs de d et t.
 Dans une nouvelle fenêtre, représenter le graphique d = f(t) en style point, de la distance d en fonction de
la durée t. Enregistrer le graphique et l’imprimer.
 Modéliser cette représentation e choisissant un modèle mathématique adaptée.
 Ecrire l’équation mathématique de la représentation graphique.
 Déduire la vitesse v du son dans l’air en m.s-1.
Rappel :
La relation utilisée pour calculer la vitesse est : v =
d
∆t
II. Les ondes ultrasonores : l’écho ultrasonore
a) Dispositif expérimental :
Un émetteur E et un récepteur R d’ultrasons sont placés côte à côte
L’émetteur est en mode réglage salve rapide.
L’émetteur est relié à la voie EA0 et à la masse de la carte d’acquisition.
Le récepteur est relié à la voie EA1 et à la masse de la carte d’acquisition.
Masse
Voie EA1
Voie EA0
Retour
R
E
Aller
d (cm)
Masse
Obstacle
La carte d’acquisition SYSAM-SP5 est reliée à un ordinateur muni du logiciel d’acquisition et de traitement des
données LatisPro.
b) Paramétrages de LatisPro :
 Choisir acquisition.
 Durée d’acquisition = 5 ms.
 Nombre de points = 1000.
 Mode permanent.
 Déclenchement sur la voie EA0 dans le sens descendant.
 Prétrigg de 25%
 Le rapport cyclique sera réglé de telle sorte qu’il soit le plus petit possible
 Dans la fenêtre 1, choisir style trait pour EAO et EA1
 Voie EA1 : Calibre ± 1 V
 Placer EA1 sur l’axe de droite.
 Clic droit dans la zone de graphique suivi de <<Calibrage>>
 L’outil réticule permet de mesurer la durée t entre l’impulsion d’émission et la réception : clic droit dans
la zone graphique, suivi de réticule.
Après avoir calibré, vous devez obtenir les enregistrements suivants :
Signal émis
∆t
Décalage
horaire
Ondes sonores et ultrasonores
Signal reçu
2/3
2. Applications de l’écho ultrasonore :
a) Mesure de la vitesse des ultrasons dans l’air :
Faites varier la distance d entre la sonde et l’obstacle, relever les valeurs de t, et compléter le tableau suivant :
d (cm)
D = 2d (cm)
t (ms)




b)
10
15
20
25
30
35
40
45
50
A l’aide du logiciel LatisPro, créer un tableau en introduisant les valeurs de D (en m) et t (s).
Tracer la courbe de variation de D en fonction de t : D = f (t)
Trouver l’équation de la courbe obtenue en effectuant une modélisation
En déduire la valeur de la vitesse v (en m.s-1) des ondes ultrasonores dans l’air.
Mesure




d’une distance :
A l’aide du montage précédent, placer l’obstacle à une distance d inconnue.
Enregistrer le signal émis et le signal reçu.
Déterminer la durée la durée t entre l’impulsion d’émission et la réception.
Connaissant la valeur de la vitesse des ondes ultrasonores dans l’air, déterminer la distance d.
Vérifier votre résultat à l’aide du ruban-mètre.
3. Influence de la nature de l’obstacle :
a) Montage :
d = 14 cm
Voie EA0
R
E
Voie EA1
Masse
Masse
Obstacle
Réglages LatisPro :
 Voie EA1 : Calibre ± 1 V.
 Placer EA1 sur l’axe de droite.
 Style trait pour EA0 et EA1.
 Acquisition : périodique
 Nombre de périodes = 5
b)
Placer entre l’émetteur et le récepteur des obstacles de nature différente, mesurer à chaque fois la valeur de la
tension maximale Umax obtenue aux bornes du récepteur (Voie EA1), et compléter le tableau suivant :
Obstacle
Air
1 papier
mouchoir
2 papiers
mouchoirs
3 papiers
mouchoirs
Carton
Umax (V)
 Lorsqu’on change les obstacles, la forme du signal reçu est-elle modifiée ?
 La valeur de la période change-t-elle ?
c) Conclusion :
Complétez les phrases suivantes :
 L’absorption des ultrasons dépend de ……………………… .
 Pour un même matériau, l’absorption augmente quand l’épaisseur du matériau ……………………, mais la forme,
la période et la fréquence du signal reçu ………………………………………… .
Ondes sonores et ultrasonores
3/3