TP : Détermination de la vitesse du son
Extrait du Programme BO : Cycle 4 Relier la distance parcourue par un son à la durée de propagation. Vitesse de propagation. Mode opératoire : Le but de ce TP est de mettre en évidence la relation entre la distance parcourue par un son à la distance entre une source sonore et un microphone. En répétant plusieurs fois la mesure et ce pour plusieurs valeurs de distance, il sera possible, en reportant les données dans un tableur et en traçant le graphique correspondant, de caractériser la relation entre ces 2 grandeurs afin de déterminer la valeur de la vitesse du son dans l air par la relation v = d/t. Un lien avec les mathématiques pourra alors être fait sur la notion de proportionnalité. En mode connecté avec une tablette, les mesures se font directement depuis l application fournie avec la maquette connectée. Vous ne disposez pas de réseau Wifi? La maquette crée son propre routeur, il vous suffit de vous connecter dessus depuis votre appareil mobile. Puis l application se lance depuis n importe lequel navigateur internet. Pendant le TP : 1) En mode autonome : De la même manière que sur la version non connectée réf 302 098, le boitier «émetteur» permet de générer un son pendant un temps court en appuyant sur le bouton : Le son émit durant moins d une seconde réduit les risques de nuisances sonores et garantit la reproductibilité de la mesure. Ce son a une fréquence de 4 khz, il est parfaitement audible pour rendre le TP concret. 2) En mode connecté : La maquette est dotée d un routeur wifi qui crée un réseau autonome sur lequel n importe quel appareil mobile équipé du wifi pourra se connecter. (Instructions de connexion décrites en page suivante). Matériel nécessaire : - 1 Maquette vitesse du son réf 302 103-1 règle longueur 1m réf 343 011 - Logiciel Atelier Scientifique réf. 000 825 ou tableur Excel
Montage : Placer la règle sur une paillasse. Installer la sonde microphone sur le support fourni, il garantit la bonne stabilité de la sonde devant la source sonore : Prendre le boitier «émetteur» et positionner l extrémité droite ou se situe la sortie haut-parleur au niveau du 0 de la règle. Placer le microphone sur support à une distance de 50 cm minimum comme ci-dessous : Connexion à la tablette et lancement de l application. Activer le Wifi sur votre appareil mobile et se connecter au routeur Wifi «MaquetteVitesseSon» inscrit au dos de la maquette, aucun mot de passe n est requis :
Une fois connecté, lancer un navigateur internet et saisir l url indiquée également au dos de l appareil : L application va se charger directement sans installation. La fenêtre principale de l application apparait : Outils de modélisation Lecture du Δt après appui sur le bouton ci-dessous Bouton d activation du son Saisie de la distance «HP-microphone» correspondante Valider le point pour affichage sur le graphique/tableur Graphique Δt = f(d)
Tracer la courbe en effectuant plusieurs acquisitions successives. Positionner la maquette et le microphone avec la distance souhaitée : Distance HP-Microphone Saisir la distance et cliquer avec la souris sur le bouton «Ajouter», reproduire la manipulation pour des distances allant de 50 cm à 100 cm : On obtient une relation quasiment linéaire entre les 2 grandeurs. On a donc une relation de proportionnalité entre la distance HP-Microphone et le Δt.
A ce stade il est possible de modéliser la courbe avec l outil «droite» en cliquant ci-dessous sur le menu et en sélectionnant «Droite» dans la liste déroulante : Avec un clic gauche de la souris, choisir un point de la droite et maintenir le clic. Puis manipuler la droite rouge et l orienter afin de la superposer au plus proche de la courbe. En temps réel s affiche l équation de la droite obtenue : Equation de la droite correspondante Modélisation sous forme de droite Appuyer sur la touche «Entrée» afin de sauvegarder la courbe à l écran. L élève pourra conclure sur le lien de proportionnalité entre le temps de propagation de l onde sonore et la distance parcourue par cette onde.
Dans les conditions de cette expérience, la vitesse de l air théorique à 25 et une altitude de 130 m est approximativement de 340 m/s soit un écart de +4,12%. La même comparaison pourra être faite entre différents postes de manipulation, pour conclure sur les variations obtenues dans les mesures et les causes. Les tâches effectuées à la main telle que le positionnement du microphone est source d imprécision qui aura une influence sur les résultats obtenus.