TS TP 02 : Célérité des ultrasons LPP

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B. Activité expérimentale au bureau : Mesure de la célérité d’une onde sonore dans l’air

À l’aide de deux planchettes de bois on

produit un claquement sec et bref, source d’une

onde sonore se propageant dans tout l’espace.

On dispose de deux microphones qui

transforment le signal sonore en une tension

électrique.

On visualise la tension aux bornes des

deux micros en fonction du temps grâce à un oscilloscope à mémoire.

Le micro M1 est relié à la voie 1 : borne U1 et masse. Le micro M2 est relié à la voie 2 : borne U2 et masse.

La source S et M1 et M2 sont alignés. Les microphones sont orientés vers la source S et sont distants l’un de

l’autre d'une distance d = 1,0 m.

1. Pourquoi les tensions détectées présentent-elles un décalage temporel ?

2. De quoi peut dépendre la valeur de ce décalage temporel ?

3. À partir de la mesure de la distance d et du décalage temporel calculer la valeur de la vitesse de

propagation du son dans l’air : v en m s–1

.

C. Célérité des ondes ultrasonores dans l’air

Quelques informations

Les ultrasons sont des ondes sonores inaudibles par l’être humain, donc manipulables « sans gêne » lors des TP.

Les ondes ultrasonores produites par l’émetteur sont constituées par une succession de salves de durée brève.

Ces ondes se propagent dans 'air et sont détectables par un récepteur.

Le matériel à disposition est : un émetteur à ultrasons avec son alimentation, deux récepteurs à ultrasons, un

oscilloscope et des fils.

1. Par analogie avec le protocole précédent, rédiger le protocole d'une expérience ayant pour objectif de

mesurer la célérité des ondes ultra sonores dans l’air.

2. Faire le schéma de l’expérience.

APPEL PROFESSEUR POUR VALIDATION

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S. M

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raha

m

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Réaliser le montage en vous aidant des indications suivantes :

- L’émetteur à ultrasons de salve est alimenté par un générateur de tension continue 15 V.

- L’émetteur doit être réglé sur la position « salve longue.»

- Vérifier que le petit point noir du bouton en haut de l’émetteur est en position médiane.

3. Réaliser les mesures adéquates et déterminer la valeur de la célérité de l'onde ultrasonore.

4. Faire la liste des sources d’erreurs lors de cette mesure. Comment augmenter la précision de la mesure ?

5. La valeur théorique de la vitesse du son et des ultrasons dans l’air est donnée par la formule

avec γ = 1,4 , Rs = 287 J/kg/K et T la température en kelvin. La comparer à vos

résultats.

6. Aller sur le site http://www.ostralo.net/3_animations/swf/onde_sonore_plane.swf et visualiser l’animation

d’une impulsion sonore. Que représentent les points en mouvement ?

D. Application : télémètre à ultrasons

Document : une mesure acoustique grâce à la technologie ultrason

L'appareil, constitué d’un émetteur et d’un récepteur, envoie un ultrason jusqu’à la cible. Cet ultrason atteint

l'objet défini et il est réfléchi vers l'appareil de mesure. Le laps de temps passé entre l'émission et l'écho permet

à l'appareil de calculer la distance réelle entre le télémètre et la cible.

Avantages : relativement simple d'utilisation et peu coûteux. Précision garantie dans les espaces clos et vides.

Inconvénients : Des obstacles, une surface accidentée, le vent ou les variations de température peuvent fausser

le résultat. Des matériaux qui absorbent le son peuvent également rendre toute mesure impossible.

→ Le laboratoire a reçu de nouveaux bancs à ultrasons gradués. Vous devez vérifier que le banc est

correctement gradué et indique la bonne distance de 30 cm à l’aide d’une mesure acoustique.

1. Écrire un protocole expérimental ainsi que les calculs éventuels à faire pour vérifier que la distance de 30

cm sur le banc est correcte.

APPEL PROFESSEUR POUR VALIDATION

Réaliser l’expérience.

2. Réaliser les calculs pour cette vérification.

3. Indiquer les sources d’erreurs possibles et indiquer comment augmenter la précision de votre mesure.

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