celerite_son
Un son est un phénomène périodique produit par la vibration très rapide d'un
corps matériel, transmis par un milieu matériel et perçu par la vibration de
certains ...
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CapacitésC1 mettre en évidence expérimentalement que la propagation dun son nécessite un milieu matériel;
C2 mesurer la vitesse de propagation dun son dans lair ;
C3 déterminer expérimentalement la longueur donde dun son en fonction de la fréquence ;
C4 utiliser la relation : ( = v T ;
C5 établir expérimentalement la loi de la réflexion dune onde sonore ;
C6 identifier les éléments dune chaîne de transmission dun signal sonore par lintermédiaire dun réseau contenant une fibre optique.
Définition dun son :
Une sensation auditive perçue par les oreilles, a pour origine un mouvement.
Bruits : porte qui claque, explosion,
Sons : vent dans les arbres, voix qui chante, diapason frappé,
.
Récepteur sonore : Tout récepteur sonore contient une membrane. Exemple : micro, oreille (tympan).
Un son est un phénomène périodique produit par la vibration très rapide d'un corps matériel, transmis par un milieu matériel et perçu par la vibration de certains organes de l'oreille ou par celle d'autres détecteurs (micro).
HYPERLINK "http://www.dailymotion.com/fantome76mic" http://www.dailymotion.com/fantome76mic
À quelle condition un son se propage-t-il ?
1° -Propagation dun signal acoustique : Les signaux acoustiques se propagent dans lair, dans certains solides (murs, vitrines,
) dans les liquides
Expérience: Mettre une source sonore (réveil ; musique ; radio
) en marche sous la cloche, créer le vide dans la cloche à laide de la pompe.
Observations :
.
.
.
.
Conclusion :
.
..
.
.
.
..
2° - Fréquence dun son :
La hauteur dun son est définie par sa fréquence exprimée en hertz. Ci-dessous est reproduite la gamme de fréquences auxquelles est sensible loreille.
de 30 à 100 Hzde 100 à 300 Hzde 300 à 1 250 Hzde 1 250 à 5 000 Hzde 5 000 à 16 000 Hzson très graveson graveson médiumson aiguson très aigu
Les fréquences perçues par l'oreille humaine sont comprises entre 20 Hz et 20000 Hz. Cet intervalle diminue avec l'âge. - f < 15 Hz = infrasons (émis et entendus par les éléphants)
f > 20 000 Hz = ultrasons perçus par certains animaux (dauphins, chauve-souris).
Comment déterminer la vitesse et la longueur donde dun son ?
Expérience :
Matériel :
Un oscilloscope ; Deux microphones A et B avec leur système amplificateur ; Un générateur de fonctions ; Un haut-parleur ; Une règle graduée ; Des fils de connexion.
Mode opératoire :
Première partie : Longueur donde
Placez la graduation «0» de la règle à la hauteur du haut parleur.
Reliez les microphones à leur système damplification, puis aux voies 1 et 2 de loscilloscope.
Réglez la base de temps de loscilloscope sur 0,2 ms/division.
Allumez loscilloscope. Allumez le générateur de fonctions.
Réglez le générateur de fonctions pour quil délivre un signal sinusoïdal de fréquence 1 000 Hz.
Placez les deux microphones A et B à une distance d1 = 20 cm du haut-parleur.
Sur lécran de loscilloscope, les deux sinusoïdes sont en phase.
Déterminez la période commune des signaux que vous observez sur lécran de loscilloscope.
T =
.
..ms; T =
s.
Éloignez le microphone B du haut-parleur, les deux sinusoïdes se décalent puis à nouveau en phase.
Notez la distance d2 entre le haut-parleur et le microphone B.
d2 =
.
Calculez la distance d2 d1 =
.. m
Observation et conclusion :
Les deux micros sont à égale distance du haut-parleur, les sinusoïdes sont en phase.
La plus petite distance séparant deux positions successives du microphone pour lesquelles les signaux sont en phase est égale
m.
La plus petite distance séparant deux positions successives du microphone pour lesquelles les signaux sont en phase est la longueur d onde.
" La longueur d onde est désignée par la lettre grecque » (lambda). » est mesurée en m.
Pour le signal observé : » = & & & & & & & & . m.
Caractéristiques d une longueur d onde
HYPERLINK "SL2-3_prof/ondes_sonores.pdf" Formule de calcul dune longueur donde
Deuxième partie : Célérité du son dans lair
1. Placez la graduation «0» de la règle à la hauteur du haut-parleur.
2. Reliez les microphones à leur système damplification, puis aux voies 1 et 2 de loscilloscope.
3. Réglez la base de temps de loscilloscope sur 0,1 ms/division.
4. Allumez loscilloscope. Allumez le générateur de fonctions.
5. Réglez le générateur de fonctions pour quil délivre un signal sinusoïdal de fréquence 2 500 Hz.
6. Placez les deux microphones A et B à une distance d1 = 20 cm du haut-parleur.
7. Vérifiez que les deux sinusoïdes sont en phase.
8. Déterminez la période du signal et notez-la dans le tableau ci-dessous.
9. Éloignez le microphone B de manière à obtenir une nouvelle coïncidence de phase.
10. Relevez la distance d2 dans le tableau.
11. Calculez la longueur donde (en mètre) du signal (» = d2 d1) et notez-la dans le tableau.
lð ð= & & & & & & & & & .. cm; lð ð= & & & & & & & & m.
12. Répétez les étapes 5. à 11. pour les fréquences indiquées dans le tableau.
Observation et conclusion :
Les valeurs des rapports sont & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & ..SIO
" Le rapport représente la
. du son (vitesse) dans lair.
La célérité du son est c =
.. m/s.
La célérité du son dans lair dépend de la température de lair.
Applications :
Une oreille moyenne ne peut percevoir une vibration sonore que si sa période est comprise entre 5.10-5 s et 5.10-2 s.
1 - Calculer la fréquence la plus basse f 1 et la fréquence la plus haute f2 perceptible par loreille.
2 Un signal sonore a une fréquence de 800 Hz. Calculer sa période. Ce signal est-il audible ?
3 Calculer les célérités correspondantes pour une longueur donde ( = 20 cm.
Réflexion, réfraction et absorption dune onde sonore
Transmission dune onde sonore par lintermédiaire dune fibre optique
Réaliser le montage expérimental schématisé ci-dessous.
Réglages à effectuer :
- Régler le générateur de fonctions afin que celui-ci délivre une tension sinusoïdale de fréquence 800 Hz.
- Régler loscilloscope pour que loscillogramme, correspondant à deux périodes au plus, occupe au maximum lécran.
Compléter le tableau ci-dessous.
Balayage horizontal (ms par division)Nombre de divisionsPériode T (ms)Fréquence f = EQ \s\do2(\f(1;T)) : La fréquence f s'exprime en 1/s (s¯¹) ou en hertz (Hz)
Comparer cette fréquence avec celle indiquée par le G.B.F. ; le résultat obtenu convient-il ?Faire varier le niveau du signal délivré par le générateur de fonctions.
Indiquer les observations. La hauteur du son émis par le haut-parleur est-elle modifiée ?
Diminuer la fréquence du signal délivré par le générateur de fonctions.
Indiquer les observations. La hauteur du son émis par le haut-parleur est-elle modifiée ?
Célérité du son dans lair
Observations :
- Décalage tonnerre, éclair
- Un avion rapide passe, le temps de lever la tête en direction du bruit perçu, il a déjà disparu à l'horizon. Le son met un certain temps pour aller de la source au récepteur. - On entend le train arriver en collant son oreille sur les rails. On l'entend bien avant qu'on ne l'entende debout. -> le son se propage plus vite dans les rails.
Célérité du son :
La vitesse à laquelle l onde de vibration est transmise s appelle la célérité c du milieu sonore.
c = EQ \s\do2(\f(l;T))
ou
c = » x fc : célérité en mètre par seconde ( m/s)
» : longueur d onde en mètre (m)
f : Fréquence de la source sonore en hertz (Hz)
T = EMBED Equation.3 : période de la source sonore en seconde (s)
La célérité du son dépend de la nature et de l état du milieu dans lequel se propage le son. Dans lair sec à une température de 20°C, la célérité du son est égale à 331 m/s.
Exemples de quelques valeurs de célérité du son :
MilieuAir (O°C)Eau (15°C)GranitSapinplombacierVerreCélérité (m/s)3321 4403 9505 0001 3005 1005 500
Intensité acoustique :
Lorsquune source émet un son, lénergie se répartie sur une surface en forme de calotte ou de surface sphérique dont laire augmente quand on séloigne de la source. De plus, le son samortit au cours de sa propagation dans lair.
On appelle intensité sonore la puissance reçue par unité de surface :
I = EQ \s\do2(\f(P;S)) EQ \b\lc\{( \s(I : en watt par mètre carré (W/m2) ;P : puissance en watt (W) ;S : surface (aire dune sphère) en mètre carré (m2)))
Laire dune sphère est donnée par : S = 4 ( R2.
Lintensité sonore minimale (seuil daudition) perçue par loreille humaine est :
I0 = 10-12 W/m2
Les sensations auditives sont définies par le niveau dintensité sonore L :
L = 10×log EQ \b( EQ \s\do2(\f(I;I0))) L : en décibels (dB)
Exercice :
La figure ci-dessous représente loscillogramme dune onde sonore émise par un instrument en vibration dans lair. Sur loscilloscope, la base de temps est réglée sur 0,5m/div.
EMBED Word.Picture.8
1.1- Déterminer la période et la fréquence du son émis.
T =
f =
1.2- Déterminer la longueur donde du son émis sachant que la célérité du son est : c = 330 m/s.
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