Dispersion et diffraction d une onde mécanique

Transcription

1 Dispersion et diffraction d une onde mécanique Nom : Prénom : TP Physique TS n 2 Classe : Objectifs : Mesurer la longueur d onde λ d une onde mécanique progressive périodique à partir d une séquence vidéo ; Découvrir le phénomène de dispersion d une onde mécanique ; Montrer si un milieu est dispersif ; Découvrir le phénomène de diffraction d une onde mécanique. I- Mise en évidence du phénomène de dispersion d une onde à la surface de l eau Mise en place du matériel Vérifier la parfaite horizontalité de la cuve à onde à l aide un niveau à bulle. Remplir cette cuve par quelques millimètres d eau. Adapter la lame vibrante à la surface de l eau. Brancher le fréquencemètre aux bornes du générateur alimentant le vibreur. Placer le caméscope devant le dépoli de la cuve à onde. Coller au-dessous de la cuve à onde un objet opaque de dimension connue. Faire une acquisition vidéo pour tester l ensemble. Principe des mesures Faire des acquisitions vidéo pour plusieurs fréquences de la source (de 10 à 80 Hz). A l aide du logiciel «Réglo», mesurer la taille de l objet opaque au travers du système optique. Déterminer le grandissement γ du système optique. Mesurer la longueur d onde λ des perturbations obtenues et en déduire la célérité de l onde. Les mesures de célérités Mettre en marche le vibreur, on observe alors des ondes rectilignes parallèles. Pour une fréquence donnée, afficher une image issue de la vidéo enregistrée. Mesurer la distance entre 11 raies brillantes. a- Rappeler la définition de la longueur d onde. b- Combien y a t-il de longueurs d onde entre 11 raies brillantes? c- Quelle relation y a-t-il entre la célérité v, la longueur d onde λ et la fréquence f? TP n 02 - Dispersion et diffraction d'une onde mécanique - Page 1/5

2 d- Pour différentes fréquences du vibreur, mesurer la distance entre 11 raies brillantes, compléter le tableau suivant : Fréquence f (en Hz) Distance mesurée en mm Distance réelle en mm Longueur d onde λ en mm Célérité v en m.s -1 e- Représenter graphiquement la célérité v en fonction de la fréquence f : f- Commenter la courbe obtenue. g- L eau est-elle un milieu dispersif? Pourquoi? TP n 02 - Dispersion et diffraction d'une onde mécanique - Page 2/5

3 II- L air est-il un milieu dispersif? On place au bureau un haut-parleur branché sur un G.B.F. A une distance d 1, on place un microphone n 1. Régler l oscilloscope afin d observer le signal électrique présent aux bornes du microphone n 1. Placer un microphone n 2 a une distance d 2 du H.P. (pour commencer, on prendra d 1 = d 2 ), ajuster les réglages de l oscilloscope pour visualiser les signaux issus des deux microphones simultanément. a- Faire un schéma du montage. b- Pour d 1 = d 2, que peut-on dire des signaux électriques obtenus aux bornes des microphones? c- Que cela signifie-t-il pour les perturbations sonores enregistrées? d- Compléter le tableau suivant : Fréquence de l onde sonore (en Hz) Longueur d onde λ mesurée (en m) Célérité de l onde sonore (en m.s -1 ) e- Que remarque-t-on pour la célérité de l onde sonore? f- L air est-il un milieu dispersif? Justifier. TP n 02 - Dispersion et diffraction d'une onde mécanique - Page 3/5

4 III- Mise en évidence du phénomène de diffraction d une onde à la surface de l eau Vérifier la parfaite horizontalité de la cuve à onde, remplir cette cuve par quelques millimètres d eau. Adapter la lame vibrante à la surface de l eau, éclairer la cuve à l aide du stroboscope afin d observer le phénomène de propagation de l onde au ralenti. Sur le trajet de l onde, placer un obstacle. Sur le trajet de l onde, placer une fente assez largement ouverte. TP n 02 - Dispersion et diffraction d'une onde mécanique - Page 4/5

5 Sur le trajet de l onde, diminuer la largeur de la fente pour laisser un passage environ égale à la longueur d onde de la perturbation. Conclusion. TP n 02 - Dispersion et diffraction d'une onde mécanique - Page 5/5