Etude des ondes sonores et ultrasonores
Référence : EXP 100 100
L'onde ultrasonore est une vibration mécanique se propageant dans un milieu élastique. Leur gamme de fréquence se situe entre 20 kHz et 1 GHz. Elle se définie par sa longueur d'onde, sa fréquence et sa vitesse de propagation qui dépend de l'élasticité et de la densité du milieu.
Leur petite longueur d'onde leur confère une propagation assimilable à celle des ondes optiques et permet ainsi de leur appliquer les lois relatives à l'optique physique.
Nous générerons les ondes ultrasonores à l'aide d'un générateur de fonctions basse fréquence et d'un émetteur (ou enceinte). Des microphones adaptés permettront leur réception et leur analyse. Un ensemble d'accessoires rend possible l'étude des lois d'optique (transmission, réflexion, diffraction ...).
DIFFRACTION PAR UNE FENTE OU UN BORD
La diffraction est le comportement des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle ou une ouverture ; le phénomène peut être interprété par la diffusion d'une onde par les points de l'objet. La diffraction se manifeste par le fait qu'après la rencontre d'un objet, la densité de l'onde n'est pas conservée. La diffraction est le résultat de l'interférence des ondes diffusées par chaque point.
Dans le domaine de l?étude des phénomènes de propagation des ondes, la diffraction intervient systématiquement lorsque l'onde rencontre un objet qui entrave une partie de sa propagation (typiquement le bord d'un mur ou le bord d'un objectif). Elle est ensuite diffractée avec d'autant plus d'intensité que la dimension de l'ouverture qu'elle franchit se rapproche de sa longueur d'onde : une onde type radio sera facilement diffractée par des bâtiments dans une ville par exemple. Ici nous mettrons en évidence ce phénomène grâce à la fente de largeur variable ou juste à l'un de ses bords.
REFLEXION
Lorsqu'une onde sonore effectue une réflexion sur une surface, une partie de l'onde est absorbée et transmise dans le matériau, tandis que le reste de l'onde est réfléchie à la manière d'une réflexion spéculaire en optique.
Pour des matériaux solides comme le bois et le métal placés dans l'air, une grande partie de l'onde est réfléchie, environ 99 %, tandis que le faible pourcentage restant est absorbé et transmis dans le matériau. Pour des matériaux poreux comme diverses mousses et éponges, on assiste à une plus grande absorption, et donc, indirectement, à une plus faible réflexion, puisque l'onde sonore perd de l'énergie à cause de la force de frottement favorisée par la surface poreuse. D'une manière générale, plus un matériau est dense, même s'il est poreux, plus il contribue à augmenter la réflexion de l'onde sonore.
INTERFERENCES A DEUX SOURCES COHERENTES
Pour cette expérience nous utiliserons deux générateurs basse fréquence, ceux de l?émetteur double à une fréquence proche de 40 kHz. Nous pourrons ensuite en le plaçant sur le plateau goniométrique et le récepteur au bout du banc de 50 cm, mettre en œuvre et observer plusieurs paramètres :
● En phase.
● En faisant varier le déphasage.
● En opposition de phase.
● Amplitudes différentes.
● Variation de l'écartement des deux sources.
SUJETS ABORDES
> Ondes ultrasonores stationnaires
> Absorption ultrasonore dans l'air
> Diffraction par une fente simple ou un bord
> Interférences par une fente double
> Détermination de la longueur d'onde
> Interférences à deux sources cohérentes
> Réflexion
COMPOSITION
EXP 100 101 Etude des ondes ultrasonores (BASE)
| Référence | Désignation | quantité | | PHD015615 | Enceinte | 1 | | PHD015614 | Emetteur double, US | 1 | | PHD015612 | Microphone | 1 | | PHD015616 | Récepteur US | 1 | | PED022163 | Fentes et multi-fentes | 1 | | PED022164 | Ecran métal | 1 | | PBU070300 | Banc en "V" avec accouplement goniométrique et 2 cavaliers | 1 |
COMPOSITION
EXP 100 100 Etude des ondes ultrasonores (COMPLET)
| Référence | Désignation | quantité | | PHD015615 | Enceinte | 1 | | PHD015614 | Emetteur double, US | 1 | | PHD015612 | Microphone | 1 | | PHD015616 | Récepteur US | 1 | | PED022163 | Fentes et multi-fentes | 1 | | PED022164 | Ecran métal | 1 | | PBU070300 | Banc en "V" avec accouplement goniométrique et 2 cavaliers | 1 | | EMD018015 | Oscilloscope numérique 2x100 MHz | 1 | | PMM062685 | Générateur de fonctions 5 MHz, avec amplificateur | 1 | | PEM010180 | Câble BNC/2x banane | 2 | | PEM010021 | Câble BNC/BNC, 1 m | 3 | | PED080100 | Lot de 2 cordons 1 mètre (1 rouge/ 1 noir) | 1 | | PEM063960 | Adaptateur "T" BNC : 1 mâle /2 femelles | 1 |
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GENIE ELECTRIQUE
QCM
