TP Physique N° 02

Mesure de la célérité

 d’une onde. Enoncé.

 

   

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Programme 2012 :

Programme 2012 : Physique et Chimie

 

Matériel :

Oscilloscope, émetteur et récepteur d’ondes ultrasonores, règles,

I- But :

-          Mesure d’un retard d’une salve d’ultrasons à l’aide d’un oscilloscope.

-          Détermination de la célérité du son dans l’air à une température donnée.

-          Donner la relation liant la vitesse du son à une température donnée T

-         En déduire la valeur de la vitesse du son v th à la température de la salle.

-          Comparer la valeur expérimentale avec la valeur théorique. Conclusion.

II- Mesure d’un retard pour une salve ultrasonore.

1)- Dispositif expérimental.

Schématiser le montage et le réaliser.

2)- Mesures.

Figure 1.

Figure 2.

 

    Mettre en place l’émetteur ultrasonore et le récepteur. 

Observer l’écran de l’oscilloscope lorsque l’émetteur est en mode salve (une salve ultrasonore est une perturbation sonore de fréquence supérieure à 20 kHz séparée par une durée réglable.)

-          Fixer la règle et déplacer le récepteur R pour obtenir sur l’écran de l’oscilloscope la disposition de la figure 1.

-          Placer le zéro de la règle à la position du récepteur R quand l’écran montre la figure 1.

-          Déplacer lentement le récepteur R en observant l’écran jusqu’à ce que le début de la salve soit décalé d’une division. 

-          Lorsque le récepteur R est dans la position de la figure 2, la déformation reçue a un retard t par rapport à la déformation reçue dans la position de la figure 1.

-          Repérer la position du récepteur sur la règle : d = .

3)- Exploitation.

-          Grâce à la durée de balayage de l’oscilloscope, déduire la valeur du retard τ

-         À quel parcours des ultrasons le retard τ correspond-il ? En déduire la célérité des ultrasons dans l’air. 

-         Comparer cette valeur à celle trouvée précédemment. Conclusion.

III- Mesure de la longueur d’onde d’une onde ultrasonore.

1)- Dispositif expérimental.

    Réaliser le montage suivant et le faire vérifier.

-          Réaliser les réglages afin d’obtenir un oscillogramme exploitable 

-         Il faut régler la durée de balayage pour observer une à deux périodes et la sensibilité verticale pour utiliser les 2/3  de l’écran.

-          Placer l’émetteur E et le récepteur R de façon à ce que les courbes observées à l’oscilloscope soient en phase (R doit être suffisamment proche de E).

-         Repérer la position initiale de R

-         déplacer R jusqu’à ce que les courbes se trouvent en phase pour la dixième fois. 

-         On note d le déplacement correspondant du récepteur R.

 2)- Mesures.

    Quelle relation existe-t-il entre la longueur d’onde λ et la distance d. En déduire la valeur de la longueur d’onde λ de l’onde ultrasonore ?

-          Indiquer les valeurs choisies pour la durée de balayage et la sensibilité verticale.

-          Comparer l’allure des deux courbes observées lorsque R s’éloigne de E.

-          Déterminer la valeur de la période pour chaque onde. En déduire la valeur de la  fréquence pour chaque onde. 

Le constructeur indique que la fréquence de l’onde ultrasonore émise par l’émetteur est f » 40 kHz. 

-         Le résultat est-il compatible avec cette valeur ?

-          Donner la température de la salle : θ =       ° C

-          Donner la relation fondamentale des ondes mécaniques progressives périodiques.

-          En déduire la valeur de la vitesse expérimentale des ondes ultrasonores à la température de la salle.

 

    Comparaison avec la valeur théorique. À 0 °C = 273 K, la célérité du son dans l’air est de 331, 45 m / s. 

On admet que la célérité du son dans l’air est proportionnelle à la racine carrée de la température absolue T.

-          Donner la relation liant la vitesse du son à une température donnée T.

-          En déduire la valeur de la vitesse du son v th à la température de la salle.

-          Comparer la valeur expérimentale avec la valeur théorique. Conclusion.