Comment mesurer la vitesse du son

Terminale S – Partie a : Observer : Ondes et matière.
On entend parfois un grand « bang » au passage de certains avions au dessus de nos têtes.
Quand un avion vole, il provoque la mise en mouvement des molécules d’air qu’il croise.
Il « fabrique » donc du bruit. La plupart des avions volent moins vite que le son et les
ondes sonores sont évacuées en avant et en arrière de l'appareil, c’est à dire dans toutes
les directions. Mais quand un avion se rapproche de la vitesse fatidique de Mach 1, le son
qu'il génère est "rattrapé" par l'appareil, ce qui crée un « mur » d’ondes juste devant son
nez. Le franchissement de ce mur d’ondes provoque le bang du mur du son.
La vitesse du son dans l'air est mesurée en nombre de Mach, en l'honneur d’ Ernst Mach.
Mach 1 correspond à 1 fois la vitesse du son, c’est à dire à 340 m/s.
TP02 : Vérifier la valeur de la vitesse du son.
TRAVAIL A EFFECTUER
On désire calculer la vitesse du son par mesure de la distance parcourue par le son en un temps donné.
On dispose d’un émetteur alimenté par l’interface Sysam let de 2 récepteurs à ultrasons.
L’émetteur envoie des salves périodiques (formés d’ultrasons de fréquence égale à 40 kHz).
On alimente l’émetteur par Sysam : borne 1 (rouge) de l’émetteur à la sortie SA1 de Sysam et
la borne 2 (noir) de l’émetteur à l’une des masses de Sysam.
Emetteur
Ouvrir le logiciel « oscillo5 ».
Cliquer sur voir le gbf1
régler des salves de fréquence 40 kHz, d’amplitude 8,0 V et de périodicité 10 ms.
On réalise le montage suivant (on place 2 récepteurs reliés à Sysam EA0 et EA1 derrière l’émetteur) :
EA0
Régler l’oscilloscope afin d’avoir deux belles salves ( 200 µs / 200 mv).
Régler le seuil de déclenchement à 0 V avec une préacquisition de 30 %
Utiliser le mode « monocoup » pour garder la courbe sans saut.
Terminale S – Partie a : Observer : Ondes et matière.
1. Réalisation du protocole expérimental proposé
Mettre en œuvre le protocole et relever les valeurs nécessaires.
Valeur de d :
Valeur de t :
1
Appeler le professeur pour lui présenter les résultats expérimentaux ou en cas de difficulté.
2. Valider : analyse critique des résultats.
Calculer la valeur de la vitesse du son.
Comparer avec la valeur de la vitesse du son.
Déterminer au moins une cause d’incertitude expérimentale possible et proposer une modification du
protocole expérimental ou un changement de matériel expérimental permettant de diminuer cette
incertitude expérimentale (communiquer).
3. Valider : calcul de la vitesse du son.
L’incertitude relative sur la valeur de la vitesse s’écrit :

Evaluer l’incertitude Δd associée à la mesure de d et l’incertitude Δt associée à la mesure de t.

Calculer la valeur de l’incertitude relative sur la vitesse V.

En déduire une valeur de la vitesse du son dans l’air avec son incertitude.