Alves Monteiro Kisalu Homère Slah-edinne Zayet LB SVT BMCP GROUPE 2 OMP3 – TPI : Instrumentation physique sur les ondes sonores INTRODUCTION Les ondes sonores sont des outils pour mesurer des distances et par différentes méthodes nous allons constater la précision de nos différentes mesu ors par une fonction sinu ida plusieurs grandeurs caractérisent l’onde s une fréquence, une longueur d’onde, une amplltude ou intensité sonore fonction traduit La vitesse de propagation des ondes sonores et leur longueur donde dans l’air seront étudiés de manière spécifique par trois méthodes différentes : e déphasage, le temps de vol, l’interférométrique La fréquence des ondes ultrasonores est imposée par le générateur et sera de f40Hz. n La vitesse du son est d’environ, suivant les différentes méthodes, les résultats devront être des valeurs proche de cette dernière. 2 microseconde, donc la période temporelle de cette onde est : T 25 microsecondes. La fréquence f = I/T = 1/ 25 microsecondes = 40 000 Hz 40 kHz. c Sur l’oscilloscope, nous obtenons deux courbes sinusoïdales car nous avons un C] branchement sur le générateur et un autre sur le récepteur. ne courbe correspond donc au générateur tandis que l’autre correspond au récepteur.
On peut remarquer que pendant le déplacement du récepteur, la courbe correspondante se déplace à drolte et ? gauche. On dit que c’est la phase qui change. Le déphasage se caractérise par : les deux courbes sont en phase0 les deux courbes sont en opposition de phase les deux courbes sont en phase Pour employer le terme de déphasage, il faut qu’il y ait eu phase / opposition de phase / phase. En effet, l’onde est répétitive, on voit qu’elle suit un cycle. n cycle correspond à 1 À parcouru, avec À la longueur d’onde. On déplace alors le récepteur de façon à atteindre un nombre N = 12 de courbes en phase afin den déterminer X c’est à dire que l’on va mettre les deux courbes en phase 12 fois à des distances différentes.
On part de xO= 16,5 cm, c’est la distance entre le récepteur et l’émetteur lorsqu’ils sont en phase pour la première fois. On déplace donc le récepteur jusqu’à atteindre 12 fois des ondes en phase et on obtient ainsi XI 26,1 cm. La distance parcourue par 12 est équivaut à XI 2 — 26,1 6,5 = cm. Donc 8 mm. Ainsi, on peut calculer la vitesse du son dans une salle dont l’air ambiant *AGF 9 rif s vitesse du son dans une salle dont l’air ambiant est à 240C : vson = 8. 10-3 / 25. 10-6 = 320 m. s-l . Nous allons à présent mesurer la précision de la mesure, on la note Av. Avec : Ainsi : . n 1,0. 10-ss x – 8,0. 10-3rn Ah- 1,0. 10-3m 4 Par le déphasage nous avons une vitesse de propagation de l’onde ultrasonore égale ? 320 m. s. l.
Un obstacle réfléchit les ondes sonores avec le même principe que pour ondes lumineuses. La mise en place d’un écran permet e vérifier que les ondes sonores sont réfléchies car nous avons un signal sinusoïdal sur l’oscilloscope. Quand on éloigne l’écran du récepteur et de l’émetteur, la puissance du signal s’attenue. L’explication réside dans le fait que le son est propagé et dilué dans l’air. Par conséquent, la puissance reçue par l’émetteur est de plus en plus petite à chaque éloignement de l’écran. Méthode de temps de transit (Ar) d’une impulsion : temps de volo C’est l’intervalle de temps qui sépare l’émission d’une impulsion de sa réception.
On doit esurer la distance entre les faces émettrices et réceptrices des deux transducteurs Pour cette méthode, nous allons mesurer à l’oscilloscope le temps de propagation d’u 25 700 1 20 600 1. 2 15 400 0. 8 Le graphique représentant la distance en fonction de et la pente de cette droite nous donnera la vitesse de propagation de l’impulsion sonore. Pour calculer une pente, on choisit deux points A et B sur la droite puis on fait le calcul suivant, en notant P la pente. Si nous prenons comme points : – A(422 ; 15 crn) B (700 ; 25 cm) On obtient : P = (25 cm -15 us 422 PS) = 0,036 cm. s-l = 3,6. 10-4m/10-6s = 3,6. 102 m. s-l = 360 m. s-l. Donc, la vitesse de l’impulsion sonore, toujours à 240C, est de : 360 m. s-l. 6 Comme Vson= IT — x f, ainsi = Vson/f – 357/40. 103 – 8,9. 10arn = mm.
Nous allons calculer la précision de la mesure grâce à la formule suivante : nous obtenons A— 9 cm et D 43 cm. Nous avons repéré les positions des minima de signal, le premier minimum est à 29,8 cm (noté xO), et le deuxième mlnimum est à 52,9 cm (noté XI). La relation qui lie i, À, A et D est : i = (À x D)/A ; par ailleu s, i = (xl-xO)/6 = 3,85. 10-2 m. o On peut ainsi en déduire la valeur de X: X i. A/D = = 0,81 cm = rnm. o D’où, vson= x f = 0,81. 10-2 x 40. 103 = 324 m. s-l, et ce toujours à une température de 240C. 0 On réitère la même expérience pour des valeurs de A et de D différentes . On observe que quand A et D augmentent et que i reste stable, la valeur de la longueur d’onde augmente aussi.
On observe que lorsque A et D diminue et que i est stable, la valeur de la longueur d’onde diminue également. 0 la valeur de propagation des ondes sonores est de 324 m. s-l 8 Conclusion a méthode par interférométrie semble être la précise en effet les méthodes de temps de vol et de déphasage nous donne des valeurs très éloignées de la vitesse du son. C’est pourquoi l’interférométrie est utilisée en astronomie aussi bien avec des télescopes optiques qu’avec des radiotélescopes. Son avantage est de permettre une résolution équivalente à celle d’un miroir de diamètre équivalent à l’écart entre les instruments combinés . Au vu de ces applications la méthode d’interférométrie méthode d’interférométrie semble en ef-
