TP PHYSIQUE CHAPITRE 2

MESURE DE LA VITESSE DES ULTRASONS DANS L’AIR

OBJECTIFS : Mesurer la vitesse des ultrasons dans l’air

Mesurer une distance par réflexion des ultrasons

MATERIEL ELEVES : Générateur de tension continue 12 V

Emetteur et récepteur d’ultrasons

Oscilloscope

Réglet gradué

I. MESURE DE LA VITESSE DES ULTRASONS DANS L’AIR On veut mesurer la vitesse des ultrasons dans l’air. Pour cela, l’émetteur (E) va envoyer des « bips » sonores et à l’aide du récepteur (R) on va visualiser les « bips » reçus. Réaliser le montage ci-contre avec les réglages suivants et régler la distance d correspondant au numéro de son groupe :

N° de groupe 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Distance d (m) 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50

1) Dessiner l’oscillogramme obtenu ci-contre en précisant le « bip » émis et le « bip » reçu. 2) A l’aide des curseurs, mesurer précisément le temps t de décalage entre le début du « bip » émis et le début du « bip » reçu. L’exprimer en seconde. 3) Compléter la 2

ème ligne du tableau ci-dessous avec les valeurs des autres groupes (prendre 3 chiffres significatifs) :

Distance d (m) 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50

Temps de décalage (s)

Vitesse du son v (m/s)

4) Rappeler la relation permettant de calculer la vitesse v du son. Préciser les unités pour avoir la vitesse en m/s. 5) Compléter la 3

ème ligne du tableau. Que remarque-t-on ?

6) Faire une moyenne de la vitesse du son dans l’air. II. MESURE D’UNE DISTANCE PAR REFLEXION DES ULTRASONS De nombreux appareils (sonar, ...) utilisent la réflexion des ondes ultrasonores pour mesurer des distances. Réaliser le montage ci-contre sans modifier les réglages précédents. 1) Déterminer le temps de parcourt t (début du « bip » émis jusqu’au début du « bip » reçu) mis par les ultrasons pour faire l’aller-retour. 2) Connaissant vultrasons dans l’air (voir partie précédente), déterminer la distance d parcourue par les ultrasons pendant le temps de parcourt t. Exprimer d en cm. 3) Pourquoi d est environ deux fois plus grand que D ?

Emetteur Récepteur

R E

d

retour

aller

D = 15 cm

R

E

obstacle

TP PHYSIQUE CHAPITRE 2

CORRECTION : MESURE DE LA VITESSE DES ULTRASONS DANS L’AIR

I. MESURE DE LA VITESSE DES ULTRASONS DANS L’AIR 1) Oscillogramme pour d=10cm : 2) Donc t=0,3ms=0,3×10

-3s.

3)

Distance d (m) 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50

Temps de décalage (s)

0,3×10-3

0,44×10-3

0,59×10-3

0,74×10-3

0,88×10-3

1,0×10-3

1,2×10-3

1,3×10-3

1,5×10-3

Vitesse du son v (m/s)

333 341 339 338 341 350 333 346 333

4) v = d / t avec d en m, t en s et v en m/s Les valeurs des vitesses restent quasiment constantes.

5) Valeur moyenne :

II. MESURE D’UNE DISTANCE PAR REFLEXION DES ULTRASONS 1) Sensibilité horizontale : 0,50ms/Div. 1,8 carreaux de décalage t =1,8×0,50 = 0,90 ms = 0,90×10

-3 s

2) d = vultrasons dans l’air ×t = 339×0,90×10

-3 = 0,31m = 31 cm

3) d 2×D car les ultrasons font un aller-retour.

Signal émis (E)

Signal reçu (R)

t