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Activité n°2 (Exp.) : La vitesse du son - [Chap. Les ondes sonores]

Titre de l'activité : Activité n°2 (Exp.) : La vitesse du son - [Chap. Les ondes sonores]
Durée : 1 h
Compétences
  • ANA - Exploiter ses connaissances, les informations extraites ou les résultats obtenus
  • APP - Rechercher et extraire l'information
  • APP - Connaître le vocabulaire, les symboles et les unités mise en œuvre
  • APP - Mobiliser les connaissances en rapport avec le problème
  • COM - Rendre compte à l'écrit ou à l'oral
  • RÉA - Suivre une procédure, un mode opératoire
Notions
  • Caractériser une onde mécanique par les grandeurs physiques associées : vitesse, amplitude de la déformation, période, fréquence, longueur d'onde.
  • Associer la propagation d'une onde mécanique à un transfert d'énergie sans transport de matière dans un milieu matériel.
  • Donner et comparer l'ordre de grandeur et de la vitesse de propagation d'une onde acoustique dans quelques milieux : air, liquide, matériaux du domaine professionnel.

🧪 Protocole expérimental⚓

Titre de l'activité : 🧪 Protocole expérimental

🎯 Objectif et principe

Déterminer la valeur de la vitesse du son dans l’air.

Méthode : 📋 Protocole expérimental

  • Alimenter l’émetteur ;

  • Brancher le récepteur n°1 sur la voie 1 (entrée directe 1 de la « Foxy ») et le récepteur n°2 sur la voie 2 (entrée directe 2) ;

  • Positionner l’émetteur en mode salves ;

  • Positionner l’émetteur et les récepteurs comme sur la figure 1 ;

  • Synchroniser les deux voies sur la voie 1 ;

  • Choisir de relier les points (aller dans « affichage » puis « liaison ») ;

  • Régler l’acquisition sur une durée approximative de \(30\ \mathrm{ms}\) et sur \(5\ 000\) points environ ;

  • Choisir le calibre \(0,25\ \mathrm V\) ;

  • Lancer l’acquisition afin de visualiser quelques salves des deux signaux ;

  • Mesurer la distance entre les deux émetteurs ;

  • Mesurer l’écart temporel entre le début des deux réceptions. (utiliser l’outil pointeur accessible via un clic droit de la souris).

Figure 1 : Paramétrage du temps FOXY
Figure 2 : Paramétrage des calibres FOXY

❓Questions⚓

Titre de l'activité : ❓Questions

Méthode : 🔉 Calcul de la célérité du son dans l'air suivant la température

\[\begin{array}{lcl} {\fcolorbox{red}{white}{$ {\Large \ \ \ \mathbf{ v_\mathsf{son\ air} = \alpha \times \sqrt{\; T \, } } \ \ \ } $}} & \large \text{ avec :} & \begin{cases} {\large \ T \ \ \textsf{est la température en kelvins} \ \bigg( \ T\left(K\right)= \theta\left(\mathrm{^\circ C}\right) + 273 \ \bigg)} \\ {\large \ \alpha = 20 \mathrm{m\cdot s^{-1} \cdot K^{-1/2 }} } \end{cases} \end{array}\]

Question⚓

Q1.

Réaliser le protocole expérimental, sans allumer le générateur.

⚠️✋🏻🙋🏻 Appel Professeur pour valider les réglages et les branchements. 🙋🏻✋🏻⚠️

Question⚓

Q2. Réaliser 10 mesures et noter les valeurs dans un tableau. (prévoir une ligne vide en plus).

(Faire le tableau sur la page suivante).

Question⚓

Q3. Pour chaque valeur, déterminer la célérité du son dans l’air.

Question⚓

Q4. Déterminer la valeur moyenne de célérité du son dans l’air, en éliminant si besoin des mesures aberrantes.

Question⚓

Q5. Mesurer la température da la pièce et calculer la vitesse théorique du son.

Solution⚓

Q5.

Avec une température mesurée de \(18\ \mathrm{^\circ C}\), on a :

\(v_\mathsf{son\ air} = \alpha \times \sqrt{\; T \, }=v_\mathsf{son\ air} = 20 \times \sqrt{\; 18+273 \, }=3,4\cdot 10^2 \ \mathrm{m\cdot s^{-1}}\)

\(v_\mathsf{son\ air}\approx 340 \ \mathrm{m\cdot s^{-1}}\)

Question⚓

Q6. Votre mesure est-elle correcte ? sinon, proposer une amélioration au protocole de mesure.

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