Mesure de la célérité des ondes ultrasonores

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Monique Simon
il y a 8 ans
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1 PAILLASSE ÉLÈVE : Une règle graduée pour émetteur récepteur d'ultrasons. 1 émetteur et 1 récepteur (vérifier qu'ils sont bien images l'un de l'autre dans un miroir). 1 boîtier émetteur d'ultrasons. 2 fiches bananes BNC 2 fils rouges et 2 fils noirs 1 générateur 12V 1 oscilloscope Chauvin Arnoux sans mémoire Terminale S 1/6

2 1. M ONTAGE Brancher l'alimentation 12V continu sur le boîtier émetteur d'ultrasons, réglé en position «salves». Placer l'émetteur et le récepteur d'ultrasons sur la règle graduée adaptée de façon à ce qu'ils soient face à face. Brancher l'émetteur sur le boîtier. Appeler l'enseignant pour qu'il vérifie votre montage (Appel 1) Visualiser la tension aux bornes de l'émetteur en voie 1 de l'oscilloscope et la tension aux bornes du récepteur en voie 2 de l'oscilloscope. Appeler l'enseignant pour qu'il vérifie les réglages de l'oscilloscope (Appel 2) Répondre à la question 1 de la feuille réponses. 2. MESURE DE LA CÉLÉRITÉ DES ONDES ULTRASONORES Écarter émetteur et récepteur des différentes distances indiquées dans le tableau. Mesurer à l'aide de l'oscilloscope convenablement réglé le retard entre l'émission et la réception du début de la salve d'ondes ultrasonores (le début étant l'émission d'ultrasons pas le silence). Appeler l'enseignant pour qu'il vérifie une de vos mesures (Appel 3) Remplir le tableau 2.1 de la fiche réponse et répondre aux questions de la partie 2 Débrancher entièrement votre montage, éteindre les matériels et les ranger avant de quitter la salle Cet énoncé doit rester sur la paillasse Terminale S 2/6

3 FICHE RÉPONSES Nom : Prénom : Remarques : Des difficultés dans la mesure précise du retard. N'oubliez pas de rerégler l'oscilloscope au fur et à mesure de la diminution de la tension aux bornes du récepteur! Note (sur 20) : 1. MONTAGE Pourquoi les tensions aux bornes de l'émetteur et du récepteur ne sont pas identiques (proposer au moins une raison)? Les tensions ne sont pas identiques car le tension visualisée aux bornes de l'émetteur est une tension amplifiée (présence de la tension continue). Cadre réservé au professeur De plus l'amplitude de la tension au bornes du récepteur diminue au fur et à mesure que l'on éloigne le récepteur de l'émetteur (phénomène d'absorption). 2. MESURE DE LA CÉLÉRITÉ DES ONDES ULTRASONORES 2.1 TABLEAU DE MESURES Distance émetteurrécepteur (en cm) (en ms) 6, , ,24 1,52 1, MESURE DE LA CÉLÉRITÉ Tracer sur papier millimétré la distance émetteur récepteur en fonction du retard entre la réception et l'émission des ondes ultrasonores. En déduire la célérité v son des ultrasons dans l'air. La distance entre émetteur D et le retard sont liés par la relation : D = v son Par conséquent, la célérité des ondes ultrasonores dans l'air est donnée par le calcul du coefficient directeur de la droite tracée sur papier millimétré. (Rappel : on utilise deux points appartenant à la doite mais non expérimentaux, les plus éloignés possibles, et le coefficient directeur a une unité) Terminale S 3/6

4 Voici le résultat tracé à l'aide d'un tableur avec des points réellement expérimentaux! 7,00E 01 Détermination de la célérité des ondes ultrasonores par mesure d'un retard 6,00E 01 5,00E 01 distance (en m) 4,00E 01 3,00E 01 f(x) = 334,46x 0,01 2,00E 01 1,00E 01 0,00E+00 0,00E+00 2,00E 04 4,00E 04 6,00E 04 8,00E 04 1,00E 03 1,20E 03 1,40E 03 1,60E 03 1,80E 03 2,00E 03 retard (en s) Le coefficient de corrélation de la droite tracée vaut : 0,9993 (plus le coefficient de corrélation est proche de 1 meilleur est la modélisation par une droite). La valeur de la célérité trouvée est : v son = 3, m.s 1 Terminale S 4/6

5 Voici quelques photos du TP : Pour commencer une photographie de l'oscilloscope correctement réglé sur la voie 1 (émetteur en mode salve) L'oscilloscope correctement réglé sur la voie 2 (récepteur) Début de l'émission d'une salve d'ultrasons Début de la réception de la salve d'ultrasons Retard entre l'émission et la réception Les deux à la fois (mode dual) : il est difficile d'avoir une valeur précise, on change donc la base de temps Retard entre l'émission et la réception Début de l'émission d'une salve d'ultrasons (calée sur la 1ère ligne verticale à l'aide du bouton position X: lors du TP je vous le faisais) La base de temps a été modifiée. Sur cette photographie on peut lire que le retard vaut : 8 carreaux base de temps. Terminale S 5/6

6 Nom : VÉRIFICATION DU MONTAGE Branchement correct du générateur continu * * * * * * * * * Mise en place du dispositif émetteur récepteur ** ** ** ** ** ** ** ** ** Branchement à l'oscilloscope * * * * * * * * * Mise en service de l'oscilloscope ** ** ** ** ** ** ** ** ** Sélection du mode DUAL * * * * * * * * * Réglage de la voie 1 ** ** ** ** ** ** ** ** ** Réglage de la voie 2 ** ** ** ** ** ** ** ** ** Réglage base de temps ** ** ** ** ** ** ** ** ** VÉRIFICATION D'UNE MESURE Mesure précise du retard ** ** ** ** ** ** ** ** ** Mesure précise de la distance ** ** ** ** ** ** ** ** ** TRACÉ SUR PAPIER MILLIMÉTRÉ Choix abscisses/ordonnées * * * * * * * * * Choix judicieux de l'échelle ** ** ** ** ** ** ** ** ** Tracé de la droite ** ** ** ** ** ** ** ** ** ORGANISATION DE LA PAILLASSE Montage défait et paillasse rangée ** ** ** ** ** ** ** ** ** NOTE OBTENUE SUR 12 POINTS Terminale S 6/6

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