Tp de physique n°1 (TS) : mesures de celerites








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TP de physique n°1 (TS) : MESURES DE CELERITES

  1. MESURE DE LA CELERITE D’UNE ONDE SONORE DANS L’AIR (expérience réalisée par le professeur)

I-1) Dispositif expérimental

Dispositif expérimental



Lorsque l’on produit un clap en faisant s’entrechoquer les deux tiges métalliques :

  • cela provoque le déclenchement des mesures ;

  • cela produit une onde sonore qui va se propager dans toutes les directions de l’espace.

Les sonomètre 1 et 2 mesure l’intensité sonore reçue en fonction du temps

I-2) Enregistrement

Réaliser l’enregistrement (celui-ci sera projeté au tableau).

L’enregistrement obtenu est reproduit en annexe (distribué après avoir réalisé l’expérience).

I-3) Exploitation de l’enregistrement

Question 1 : Les deux sonomètres 1 et 2 reçoivent-ils l’onde sonore en même temps ? Si non, quel est le sonomètre qui reçoit l’onde sonore avec un certain retard ? Justifier votre réponse.

Question 2 : Sur la reproduction de l’enregistrement (se trouvant en annexe 1) quelle est la signification physique de l’abscisse tA du point A ? tB du point B ?

Question 3 : A quoi correspond la durée t = tB - tA. Mesurert à l’aide de l’outil pointeur du logiciel.

Question 4 : Sachant que la distance entre les deux sonomètres est d = 1,00 m en déduire la valeur Vexp de la célérité du son dans l’air de la salle de TP en m.s-1.

Question 5 : La température de l’air dans la salle de Tp est = ……….°C. Sachant que la vitesse théorique du son dans l’air Vthéo est donnée par la relation empirique suivante : Vthéo = 331,4 + 0,607 x avec Vthéo en m.s-1 et en °C, calculer Vthéo.

Question 6 : Comparer Vexp et Vthéo. On calculera pour cela leur écart absolu puis leur écart relatif Er par rapport à la valeur théorique (exprimé en %) . L’écart obtenu est-il acceptable (on considèrera que c’est le cas si Er <10%) ? Quelles peuvent être les causes de l’écart observé ?

  1. MESURE DE LA CELERITE D’UNE ONDE ULTRASONORE DANS L’AIR

II-1) Dispositif expérimental

Les ultrasons sont des ondes sonores particulières, inaudibles pour l’être humain.

Réaliser le montage schématisé ci-dessous :



L’émetteur est placé en mode « salves courtes »

Initialement on prendra d =0,0 cm

N.B.

L’onde ultrasonore produite par l’émetteur est une succession de salves de durée tS. Entre chaque salve il s’écoule une durée constante T.



T >> tS

Réglage de l’oscilloscope :

Les numéros de boutons indiqués sont ceux figurant sur la « Description sommaire des éléments de commande » qui vous a été distribuée.

  • Régler les sélecteurs de couplage des voies 1 et 2 (boutons 24) en position alternatif (AC). La synchronisation sur la voie 1 (bouton 16 de la fenêtre TRIGGER)

  • Régler l’oscilloscope afin d’observer simultanément à l’écran les signaux des voies 1 (CH1) et 2 (CH2) (Touche 32 de sélection de mode sur la position DUAL). Il vous faudra pour cela régler les sensibilités verticales en volt/div des voies 1 et 2 (boutons 14) et la valeur du balayage horizontal en ms/div (bouton 15). Si l’image n’est pas stable on peut essayer de la stabiliser en utilisant le bouton TRIGGER LEVEL (bouton 10)

  • Décaler verticalement les deux courbes (boutons 5) (elles ne doivent pas se superposer).

APPELER LE PROFESSEUR POUR VERIFICATION DU MONTAGE ET DES OSCILLOGRAMMES

II-2) Les mesures

Question 6 : Initialement la distance d entre les deux récepteurs R1 et R2 est d= 0 ,0 cm. Eloigner progressivement R2 de R1 qu’observe-ton ? Interpréter cette observation.

Question 7 : Prendre d= 20,0 cm. Reproduire en annexe 2 (à rendre avec le compte rendu) les oscillogrammes observés. En déduire la valeur du retard t entre la réception du signal ultrasonore sur R2 et la réception de ce même signal sur R1. Justifier votre réponse. Appeler le professeur pour vérification.

Question 8 : Mesurer de même t pour d = 10,0 cm ; d=30,0 cm ; d=40,0 cm et d=50,0 cm. Compléter le tableau de mesure se trouvant en annexe 2 (à rendre avec le compte rendu)

Question 9 : A l’aide du tableur Excel tracer la courbe d = f(t) (à rendre avec le compte rendu) . A l’aide de la fonctionnalité « courbe de tendance » chercher l’expression mathématique de d=f(t) s’ajustant le mieux possible aux points expérimentaux. En déduire la valeur de la célérité V’ des ondes ultrasonores dans l’air de la salle de TP. Justifier.

Question 10 : Comparer la valeur de la célérité des ondes ultrasonores dans l’air à celle de la valeur de la célérité des ondes sonores dans le même milieu.

  1. MESURE DE LA CELERITE D’UNE PERTURBATION A L’AIDE DE DOCUMENTS VIDEOS NUMERISES (POUR LES PLUS RAPIDES)

III-1) Description du travail à réaliser

On dispose de trois fichiers vidéo :

  • « corde non tendue » ;

  • « corde tendue » ;

  • « Chute une goutte propagation ».

Pour chacun des fichiers vidéos on utilisera les fonctionnalités des logiciels Aviméca et Excel pour tracer la courbe d =f(t) représentant la distance d parcourue par la perturbation en fonction du temps. A l’aide de la fonctionnalité « courbe de tendance » du logiciel Excel on cherchera l’expression mathématique de d=f(t) s’ajustant le mieux possible aux points expérimentaux. On en déduira comme dans le paragraphe II, la célérité de propagation de la pertubation considérée.

On rappelle brièvement les différentes étapes de l’utilisation des logiciels et du fichier vidéo

    • logiciel AVIMECA : Etalonnage (axes et échelles), mesures. La longueur de la règle qui apparaît sur les vidéos « corde tendue » et « corde non tendue » est de 1,0m. Pour la chute de la goutte d’eau choisir sur le logiciel Aviméca comme origine des dates l’image n°3.

    • Exportation du tableau de mesure vers Excel ;

    • Tracé du graphe d = f(t) (faire imprimer sur le graphique l’équation de la courbe obtenue)

III-2) Compte rendu

Question 11 :

- dans chacun des trois cas considérés rendre avec le comte rendu la courbe d=f(t) et sa modélisation mathématique ;

- dans chacun des trois cas déterminer avec une précision raisonnable la célérité de la perturbation (quelles peuvent être les sources d’erreurs affectant la précision des résultats ?).

Question 12 :
La célérité de la déformation est-elle plus grande sur la corde tendue ou sur la corde non tendue ?

Ce résultat est-il en accord avec l’expression suivante : où V représente la célérité de la déformation ( m.s-1 ), F la tension de la corde (N) et la masse par unité de longueur de la corde ( kg.m-1 ) ( on ne demande aucun calcul ).

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