Mécanique - LD Didactic

LEYBOLD
Fiches d’expériences
de physique
Mécanique
Acoustique
Longueur d’onde et vitesse du son
P1.7.3.1
Tube de Kundt:
Détermination de la longueur d’onde
avec la méthode de la poussière
de liège
Objectifs expérimentaux
Visualisation des ventres et des noeuds de vibration d’une onde sonore stationnaire
Comparaison de la position du ventre et du noeud de vibration à l’extrémité ouverte et à l’extrémité fermée
Détermination de la longueur d’onde l à partir des figures de poussière
Principes de base
Dans un tube, il se propage une onde sonore le long de l’axe
sous forme d’onde plane si le diamètre est plus petit que la
demi-longueur d’onde. L’onde sonore est réfléchie à l’extrémité ouverte ou fermée du tube. Ces ondes se déplaçant l’une
vers l’autre occasionnent la formation d’une onde stationnaire
dans le tube.
L’onde stationnaire est visualisée avec de la poussière de liège
qui se soulève dans les ventres de vibration à cause de la
vibration des molécules d’air. Il se forme en supplément des
nervures longitudinales dans les ventres de vibration. Elles
sont le résultat d’un courant de circulation entre la paroi du
tube et l’axe du tube.
La distance entre deux noeuds de vibration consécutifs ou
entre deux ventres de vibration consécutifs est égale à une
demi-longueur d’onde. A partir de la distance d entre le premier
et le nème noeud, on obtient donc la longueur d’onde l à l’aide
de
l=2
d
n−1
(I).
L’expérience est réalisée avec un sifflet et un tube d’abord
ouvert des deux côtés. Si on combine ce dernier à un piston
mobile, on a ainsi un tube fermé en une extrémité.
1105-Kem
Fig. 1: Dispositif pour la détermination de la longueur d’onde l
des ondes sonores avec la méthode de la poussière de
liège
1
P1.7.3.1
LEYBOLD Fiches d’expériences de physique
Exemple de mesure
Matériel
1 tube de Kundt . . . . . . . . . . . . . . . .
1 rail métallique gradué, de 500 mm de long
a) Réflexion à l’extrémité ouverte:
413 01
460 97
La fig. 2, en haut, montre un exemple de mesure.
b) Réflexion à l’extrémité fermée:
La fig. 2, en bas, montre un exemple de mesure.
Nombre de noeuds: n = 7
Distance entre le premier et le dernier noeud: d = 39 cm
Montage
Remarque: Le tube en verre doit être parfaitement sec avant
de commencer l’expérience.
– Répartir dans le tube une petite quantité de poussière de
–
–
–
liège (2 pincées) en le secouant de façon à ce qu’il se forme
une bande uniforme sur toute sa longueur.
Poser le tube en verre sur le support et mettre l’entonnoir
en place.
Tourner légèrement le tube de façon à ce que la poussière
de liège adhère encore à la paroi.
Attendre pour pousser le piston dans le tube en verre.
Exploitation et résultat
a) Réflexion à l’extrémité ouverte:
Il se forme des figures de poussière en forme de guirlandes. Il
y a un ventre de vibration à l’extrémité ouverte. Les nervures
longitudinales dans les ventres de vibration sont particulièrement nettes en cas de forte intensité acoustique.
b) Réflexion à l’extrémité fermée:
Les figures de poussière, notamment les nervures longitudinales, sont encore plus marquées que pour la réflexion à
l’extrémité ouverte étant donné que la perte d’énergie est plus
faible. A l’extrémité fermée, il y a un noeud de vibration.
La longueur d’onde s’obtient à partir de (I) pour l = 13 cm. Pour
une vitesse du son de c = 340 m s–1, cela correspond à une
fréquence de f = 2600 Hz.
Réalisation
a) Réflexion à l’extrémité ouverte:
– Tenir le sifflet transversalement au tube en verre et souffler
dedans juste devant l’entonnoir.
– Observer la bande de poussière de liège
b) Réflexion à l’extrémité fermée:
– Répartir uniformément la poussière de liège et enfoncer le
piston.
– Tenir le sifflet transversalement au tube en verre et souffler
dedans juste devant l’entonnoir.
Information supplémentaire
Outre le sifflet, il peut aussi être utilisé d’autres sources sonores telles que par ex. le diapason 1700 Hz (411 81) ou le
haut-parleur à large bande (587 08) combiné à un générateur
sinus.
Pour la fréquence du diapason, la longueur du tube en verre
(L = 60 cm) remplit une condition de résonance, elle est le triple
de la longueur d’onde l. Si on renonce ici à l’emploi de
l’entonnoir, il y a alors un ventre de vibration aux deux extrémités ouvertes.
– Observer la bande de poussière de liège et comparer
l’observation faite avec celle de l’essai a).
– Déterminer le nombre n de noeuds et mesurer la distance
d entre le premier et le dernier noeud.
Fig. 2: Répartition de la poussière de liège à la réflexion du son à
l’extrémité ouverte (en haut) et à l’extrémité fermée (en bas)
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