TPp 1 Mesure de la célérité d`ondes mécaniques progressives

TP de Physique 1
Chapitre n°1 (Les ondes mécaniques progressives)
MESURE DE LA CÉLÉRITÉ D’ONDES MÉCANIQUES PROGRESSIVES
Objectifs : • mesurer la célérité de différentes ondes mécaniques se propageant dans différents milieux.
• utiliser les logiciels Regavi et Regressi
Consultez les notices des logiciels Regavi et Regressi. Conservez soigneusement ces modes d’emploi qui
serviront tout au long de l’année et lors de l’épreuve d’Évaluation des Capacités Expérimentales de fin
d’année comptant pour le baccalauréat.
I. CÉLÉRITE DES ONDES
La célérité d’une onde est la vitesse à laquelle la
perturbation se propage le long du milieu.
• À partir de la figure ci-contre, exprimer la
célérité v de l’onde se propageant le long de la
corde en fonction de x, x0 et t.
• En déduire l’expression de l’équation horaire
x(t).
II. CÉLÉRITÉ D’UNE ONDE LE LONG D'UNE ÉCHELLE DE PERROQUET
Ouvrir le logiciel Regavi et charger le clip vidéo TPp 1 échelle de perroquet.avi
a. Comment se déplace un barreau de l’échelle ?
b. Quel est le type d'onde qui se propage ? Justifier votre réponse.
Paramétrage du logiciel Regavi
Positionner une Origine et orienter les Axes (observer le sens de déplacement de l’onde).
Utiliser la longueur réelle de l’objet figurant dans le champ visuel. Fixer une Échelle.
Mesures
À l’aide du bouton Mesures, démarrer l’acquisition des positions. Faire avancer le clip image par image jusqu’à
la première position à repérer. Avec le pointeur, repérer précisément le front de l'onde (début de l'onde): on
passe alors à l'image suivante. Répéter l'opération jusqu'à ce que la séquence vidéo ne soit plus exploitable. Les
coordonnées des points correspondants aux fronts de l'onde sont affichées dans le tableau.
Traitement du tableau de mesures
Basculer vers le logiciel Regressi.
Procéder à l’affichage des positions horizontales repérées en fonction du temps.
Modéliser par une fonction adéquate.
c. Indiquer l’équation « modèle » calculée par le logiciel et déduire de la modélisation effectuée, la célérité
des ondes se propageant sur l’échelle de perroquet. Expliquez comment on déduit la valeur de la célérité.
Enregistrer, si vous le souhaitez, le fichier de travail pour pouvoir l’exploiter chez vous.
III. ONDES MÉCANIQUES À LA SURFACE DE L’EAU : CUVE À ONDES
Expériences
On laisse tomber une goutte d’eau sur la surface libre d’une cuve à onde.
L’écran de la cuve à onde, sur lequel le miroir réfléchit la surface de
l’eau, est filmé avec un caméscope qui enregistre la scène à raison de 30
images par seconde.
Schématiser l’expérience.
À l’aide du logiciel de pointage Regavi, on étudie la distance horizontale
parcourue par l’onde au cours du temps dans deux cas :
eau de profondeur h1 (fichier : TPp 1 onde1.avi)
et eau de profondeur h2 > h1 (fichier : TPp 1 onde2.avi).
Manipulations
Pointer sur le cercle le plus brillant ; ne pas bouger la souris après un pointage pour mieux voir la position du
point suivant et suivre la direction d’un diamètre.
Traitement des résultats
À l’aide du logiciel Regressi, étudier la distance horizontale parcourue par l’onde au cours du temps dans deux
cas.
Tracer l’allure des courbes obtenues et indiquer les résultats de modélisation sur votre compte rendu.
En déduire la célérité de l’onde dans les 2 cas et conclure sur l’influence de la profondeur d’eau.
IV. DÉTERMINATION DE LA VITESSE D'UN SON DANS L'AIR
1. Les premières mesures de la vitesse du son.
Dans l'air
La première mesure précise de la vitesse du son dans l'air a été effectuée par Arago et Gay-Lussac en 1822.
Entre Villejuif et Montlhéry, ils mesurèrent la durée séparant l'observation de l'éclair produit par un coup de
canon et la réception du son. À 10°C, ils trouvèrent une vitesse de propagation du son égale à 337,2 m.s-1.
Dans l'eau
Sur le lac de Genève, en 1826, Jean-Daniel Colladon et Charles-François Sturm, qui étaient dans deux bateaux
séparés de 13 kilomètres, mesurèrent la vitesse du son. Dans le premier bateau, un expérimentateur est muni
d'une cloche de bronze qui plonge dans l'eau. Dans le second, l'autre expérimentateur est muni d'un stéthoscope
relié à un cornet acoustique immergé. La cloche est frappée par un marteau articulé dont le manche allume, en
même temps, une lance à feu. L'expérience se déroule la nuit de sorte que l’expérimentateur, dans le second
bateau, puisse apercevoir l'éclair.
• Pourquoi faut-il utiliser un éclair lumineux ?
• Où la cloche et le cornet acoustique sont-ils placés ? Quel est l’intérêt de ce dispositif ?
• La vitesse du son dépend-elle du milieu de propagation ? Quels sont les facteurs dont dépend la célérité du
son ?
2. Mesure directe
A l’aide d’un claquoir on provoque un bref signal
sonore près d’un micro n°1, dans l’axe micro1 –
micro2. Un oscilloscope numérique enregistre les
signaux électriques délivrés par ces 2 micros.
Ci-dessous un exemple d’oscillogramme pour d = 1m
• Analyser cet oscillogramme : Comment le comprenez-vous ? Que peut-on dire du signal capté par chaque
micro ? Que se passe-t-il lorsqu’on éloigne le deuxième micro du premier ?
• Déterminer la célérité du son dans les conditions de l’expérience.