Travail pratique de première sur les ondes sonores

Introduction du TP

Les ondes sonores sont omniprésentes dans notre quotidien. Captées par notre oreille en permanence, elles sont aussi très utilisées pour établir des diagnostics non invasifs en médecine, stériliser des liquides, se repérer sous l’eau (sonar), etc… Leur étude est donc essentielle afin de les utiliser à notre avantage ou d’en diminuer les possibles effets néfastes. 

Objectifs du TP

En classe de première au lycée général, vous devez savoir :

  • déterminer les périodicités (période T et longueur d’onde λ) d’une onde progressive sinusoïdale : GO
  • déterminer la célérité c d’une onde progressive sinusoïdale : GO
A l’aide de la simulation d’expérience “Les différentes ondes” ci-dessous, réalisez le travail demandé sous l’animation.
Les différentes ondes

Cette animation vous permettra de visualiser des ondes sonores, des ondes lumineuses et des ondes mécaniques. Les instruments de mesure de longueur ou de durée permettront de mesurer leur vitesse de propagation par exemple.

Détermination de la vitesse de propagation (=célérité) des ondes mécaniques sonores

  • Sélectionner le « son » sur l’animation ci-dessus.
  • Lancer les ondes en appuyant sur le bouton vert.
  • Dans le cadre à droite, amusez vous à visualiser la propagation des ondes sous forme de particules ou d’onde.
  • Rester sur « Ondes » pour la suite ; plus facile à distinguer.
  • Du cadre à droite, sortez le chronomètre et le mètre mesureur.

Remarque : Pour faciliter les mesures, n’hésitez pas à mettre pause puis lecture.

Travail n°1 : Détermination de la célérité

Focalisez vous sur un front d’onde.

  1. Mesurer la distance que parcourt votre front d’onde entre la source et le bout de l’écran.
  2. Mesurer la durée que le front d’onde a mis pour parcourir cette distance.
  3. En déduire la vitesse de propagation (ou célérité) de l’onde sonore en m/s dans cette animation.
  4. En confrontant votre vitesse avec celles consignées sur le site wikipédia, indiquer le milieu dans lequel l’onde se propage.

Détermination des périodicités des ondes sonores

  • Si vous n’aviez pas fait le travail précédent sur la célérité des ondes,  reprenez la partie concernant les réglages de l’animation ci-dessus. 

Travail n°2 : La périodicité spatiale

Appuyer sur « pause »

  • Mesurer, le plus précisément possible, la distance entre 2 fronts d’onde voisin.

Cette mesure correspond à la périodicité spatiale λ.

Travail n°3 : La périodicité temporelle

Relancer la propagation des ondes.

  • Mesurer, le plus précisément possible, la durée que met un front d’onde pour parcourir la distance entre 2 maximum d’onde.

Cette mesure correspond à la périodicité temporelle T ou période.

Conclusion :
  1. A l’aide de vos 2 mesures, calculer la vitesse de propagation (ou célérité) de l’onde.
  2. Comparer avec la célérité du travail n°1. Est-ce logique ?

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