Q u’est-ce qu’un son ? I c’est une onde I expérience 1








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V2 - Montage n° 6

Expériences portant sur l'acoustique ; applications

Introduction


Que ce soit dans la rue, dans notre habitation, dans une salle de concert … le son est omniprésent. Il peut donc être donc être produit et émis par une multitude de sources. C'est notre oreille qui est sensible aux sons mais elle ne perçoit pas tous les sons lui parvenant (uniquement de 20Hz à 20 kHz). L’acoustique est une branche de la physique dont l’objet est l’étude des sons. D’un point de vue historique, les phénomènes sonores ont été étudiés scientifiquement en Occident dès le VIe siècle avant JC. Mais ce n'est qu'à partir du XVIIIe siècle que l'acoustique, jusque-là comprise dans l'art musical, devient une science autonome (Galilée et Marin Mersenne établissent des rapports mathématiques entre la longueur, la fréquence et la masse des cordes vibrantes; Huygens et Newton posent les fondements de la théorie ondulatoire selon laquelle le son se propage par vibrations longitudinales du milieu.) Aux XVIIIe et XIXe siècles, les travaux des mathématiciens sur la mécanique des cordes vibrantes et autres sources sonores, ainsi que les recherches expérimentales relatives aux phénomènes physiques du son permettent de préciser la nature, la formation, la propagation des ondes acoustiques et les lois qui les régissent. L'ouvrage de lord Rayleigh A Treatise of Sound (1877) marque l'apogée de l'étude théorique de l'acoustique.

Au XXe siècle, la découverte de l'électroacoustique ouvre de nouvelles voies, notamment dans le domaine des ultrasons, et dans les diverses applications que sont les télécommunications, l'enregistrement, la reproduction du son, etc.

Nous allons tenter, par ce montage, de mieux comprendre les phénomènes sonores et déterminer les caractéristiques principales d’un son.

  1. Qu’est-ce qu’un son ?

I.1. c’est une onde

I.1.1. Expérience 1


Le GBF (6 à 10 Hz, pas plus) produit un signal électrique qui fait vibrer la membrane du HP. (régler tout d’abord sa fréquence pour que le son soit audible. Ensuite, on diminue la fréquence pour observer le phénomène). La flamme bouge, donc le son se propage en modifiant l’espace autour de lui.

Le son est une onde de perturbation de pression



I.1.2. Expérience 2 (Quaranta I p.274 et 390)

On fait vibrer 2 diapasons (440 Hz, cavité de résonance de l’un tournée vers celle de l’autre). On frappe un diapason. On arrête la vibration : le deuxième vibre à son tour.


On recommence l’expérience en empêchant le 2ème de vibrer ou en le désaccordant .

Le son est bien une onde qui se propage.

I.2. besoin d’un milieu matériel pour se propager


Expérience avec un dispositif d’émission et de réception piezzo d’ultra-sons. Alimenté par un GBF (Métrix GX245). Visualisation du signal reçu par un oscillo.

Sans cloche, on visualise la réception du signal. On règle le GBF (fréquence=40kHz) pour avoir max de signal en réception.

Au fur et à mesure que le vide se fait sous la cloche, l’amplitude du signal reçu diminue.

Conclusion : le son ne se propage plus dans le vide. Le son est donc une onde mécanique qui a besoin des molécules pour se propager.

  1. Propriétés d’un son

II.1. vitesse de propagation

II.1.1. dans l’air


émetteur/récepteur piezzo ultra-sons. On règle f pour avoir le max d’intensité ( f=40 kHz)

Détermination par la méthode des phases. On déplace le détecteur pour avoir signal émis et signal reçu en phase. On note la position relative des 2 éléments. Puis on déplace l’un des 2 de n longueurs d’onde pour avoir à nouveau un signal en phase. On mesure n. D’où =

(fréquence) mesurée à partir de T sur l’oscillo.

c=

faire un calcul d’erreur et comparer à 347 m.s-1

comparaison avec vitesse de la lumière. Ça explique la vue de l’éclair avant d’entendre le tonnerre… (orage) Depuis la classe de 4ème, les élèves connaissent la célérité de lumière dans l’air : 300 000 km/s, soit 1 000 000 fois supérieure à celle du son. Etant donné que la célérité du son dans l'air est d'environ 330 m/s, il faut environ 3 secondes à l'onde sonore générée par l'éclair pour parcourir 1 km. Il suffit donc de mesurer la durée entre l'instant où l'éclair lumineux apparaît et l'instant où le bruit retentit
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