Imprimer

I. Comment mesurer la célérité d'une onde progressive dans un ressort.

1. Le dispositif.

· Poser le ressort sur la paillasse. Le maintenir et l' étirer de telle manière qu'il mesure environ 2 m.
· Pincer deux ou trois spires de l'une des extrémités du ressort.
· Lâcher et observer le déplacement de la perturbation le long du ressort.

Questions :

a. Il y-a-t-il transport de matière, c'est à dire, les spires du ressort avancent-elles ?
b. S'agit-il d'une onde transversale ou longitudinale ?

2. Détermination expérimentale de la célérité de l'onde dans le ressort.

Matériel mis à votre disposition :

- un ressort.
- un chronomètre
- une règle

· Proposer un protocole expérimental permettant de mesurer la célérité de cette onde.
· Afin de déterminer la valeur moyenne de la célérité de l'onde dans le ressort, effectuer plusieurs mesures que vous présenterez dans un tableau.
· En déduire la valeur du retard du point M2 situé au milieu du ressort sur le point M1 situé au début du ressort lors du premier passage de l'onde.

II. Comment mesurer la célérité d'une onde progressive à la surface de l'eau.

1. Le dispositif.

· Verser 0,5 cm d'eau dans un cristallisoir.
· Placer une burette au-dessus du cristallisoir de telle manière à ce que les gouttes qui tombent de la burette arrivent au centre du cristallisoir.
· Régler le plus précisément possible le débit de la burette afin qu'une goutte tombe au centre du cristallisoir quand l'onde générée par la goutte précédente arrive également au centre au même moment.
· Observer l'onde à la surface de l'eau.

Questions :

a. S'agit-il d'une onde transversale ou longitudinale ?
b. Le débit dépend-il de la hauteur d'eau dans la burette ?

2. Détermination expérimentale de la célérité de l'onde à la surface de l'eau.

· Quel est l'intérêt du dispositif mis en œuvre pour la détermination de la célérité.
· Proposer un protocole expérimental pour la mesure de la célérité.
· Effectuer plusieurs mesures que vous présenterez dans un tableau.
· Donner une valeur moyenne de la célérité de cette onde à la surface de l'eau.

III. Comment mesurer la célérité d'une onde ultrasonore (40 kHz) dans l'air ?

En cours, nous avons mesuré la vitesse d'un signal sonore continu en utilisant le principe de la mise en phase des deux signaux sinusoïdaux.

Dans l'expérience suivante, vous utilisez un signal ultrasonore en salves.

1. Le dispositif.

On branche sur un oscillographe bicourbe, les micros 1 et 2.
Le micro 1 (plus près de l'émetteur) sur la voie 1 et le micro 2 (plus éloigné de l'émetteur) sur la voie 2.
La distance d entre les deux microphones doit être de l'ordre de 30 cm.

L'émetteur d'ultrasons est alimenté par un générateur délivrant une tension de 15 V.
Il est réglé en mode " salves " " courtes ".

Oscillographe en mode analogique

1 : Marche-Arrêt
14 et 17 : Calibre (V.div-1)
22 : Base de temps
6 : Déplacement vertical du spot 1. Avant toute mesure, on règle le spot sur 0
8 : Déplacement vertical du spot 2.
12 : Déplacement horizontal des deux spots.
16 : Dual pour visualiser simultanément les voies 1 et 2.

Oscillographe en mode numérique :

40 : Mémorisation d'un signal
43 : Mode monocoup

2. Mesures.

Indiquez les réglages choisis sur l'oscilloscope :

Calibre de la voie 1 :...............
Calibre de la voie 2 :...............
Base de temps :...................

Dessiner l'oscillogramme obtenu.

• Déterminer le retard t en les deux débuts de réception des salves.
• Mesurer la distance d séparant les deux microphones.
• En déduire la célérité v d'une onde ultrasonore dans l'air.
• Comparer cette valeur à la celle de la célérité d'une onde sonore dans l'air v = 330 m.s^-1.
• En conclure si l'air est un milieu dispersif ou non ?

Imprimer

Le phénomène de diffraction est caractéristique des ondes périodiques.

Buts : Mettre en évidence le phénomène de diffraction des ondes ultrasonores et lumineuses.
Etudier les conditions dans lesquelles le phénomène se manifeste (largeur de fente).

I. Diffraction des ondes ultrasonores 3 dispositifs

Position du problème :

Le phénomène de diffraction est-il observable avec des ondes ultrasonores et dans quelles conditions ?

1. Diagramme de rayonnement de l'émetteur.

On effectue un montage suivant :

Le récepteur d'ultrasons R peut se déplacer sur un demi-cercle centré sur C.

Le récepteur est relié à la voie 1 de l'oscilloscope.
On décale le récepteur de 5° à chaque fois et on mesure l'amplitude du signal à l'oscilloscope.

On complète le tableau suivant :

Questions et interprétation :

· A partir du graphe, indiquer si toutes les régions de l'espace sont atteintes par les ondes ultrasonores.
· Définir approximativement la valeur du secteur angulaire d'émission de cet appareil.

2. Diffraction par une fente rectiligne de largeur 0,8 cm.

On effectue un montage équivalent à celui-ci :

Largeur de la fente = 2,0 cm

Distance de l'émetteur à 20,0 cm de la fente environ.

On complète le tableau suivant :

	0°	5°	10°	15°	20°	25°	30°	35°	40°	45°
Calibre (V/div)
Coefficient de balayage(ms / div)
angle (°)
Tension Um (V)

On trace à l'aide d'un tableur (excel) la représentation graphique Um = f(angle)

Questions et interprétation :

· Quel est l'intérêt de la première expérience ?
· Quelle est la période T et la fréquence f des ondes ultrasonores ?
· Quelle est l'ordre de grandeur de la longueur d'onde l de ces ondes ?
· Déterminer sur le graphe la valeur minimale amin correspondant au premier minimum d'amplitude. Cette valeur amin est appelée demi-écart angulaire.
· Vérifier que (attention : angle en rad)

II. Diffraction des ondes lumineuses : 3 dispositifs

Voir cours

1. Expérience.

Position du problème :

· Réaliser un montage permettant de mettre en évidence le phénomène de diffraction et montrer ainsi que la lumière peut être décrite comme une onde.
· Vérifier la pertinence de la relation

- Réaliser le montage suivant :

d : distance entre le centre de la frange lumineuse centrale et la première extinction.
D : distance entre l'écran (mur) et la fente. D = 1,5 m.
a : largeur de la fente ou du fil calibré.
l : longueur d'onde de la lumière du laser. l = 650 nm.

- Placer une feuille de papier millimétré sur le mur et relever la taille de la frange lumineuse centrale en mesurant la distance 2d entre les deux premières extinctions.
- Réaliser cette mesure pour différentes largeurs de fente ou de fil calibré.
- Etablir la relation entre d, D et q.
- Compléter le tableau suivant :

Questions et interprétation :

· Dans quelle direction les taches de diffraction s'étalent-t-elles par rapport à la direction de la fente ?
· la relation est-elle vérifiée ?