3.TP1 : Mesure de la vitesse d'un son dans l'air

I - But du TP

🖉 Citer au moins une situation qui permet d'affirmer que le son ne se propage pas instantanément.

Dans ce TP, on souhaite mesurer la vitesse de propagation d'un signal sonore dans l'air.

II - Méthode n° 1 : en enregistrant un son

1) Principe de la mesure

On utilise deux micros très éloignés l'un de l'autre, branchés à un ordinateur.

À l'aide d'une règle, on mesure la distance entre les deux micros.

On émet un son bref que l'on enregistre à l'aide des deux micros et de l'ordinateur.

À partir des enregistrements, on mesure le temps mis par le son pour aller d'un micro à l'autre.

2) Mise en œuvre

🖉 Relever la valeur de la distance entre les deux micros.

🖑/🖳 Lancer l'expérience.

🖉 Reproduire l'allure de l'enregistrement.

🖳/🖉 Déterminer le temps mis par le son pour aller du premier micro au deuxième micro.

🖉 Calculer la vitesse du son en \(\pu{m*s-1}\) et en \(\pu{km*h-1}\).

🖉 Comparer à la valeur usuellement admise (valeur donnée par le professeur).

 ANNEXE : le logiciel Audacity 

Le logiciel Audacity permet :

• - d’enregistrer un son à partir d’un micro branché à l’ordinateur (le micro transforme l’onde sonore en une tension)
• - de visualiser et d'analyser les variations de la tension correspondant à un son.

Paramétrage : pour l'axe horizontal (l'axe du temps), on choisira comme unité l'échantillon.

Pour les enregistrements effectués : \(1\ ech = \frac{1}{44100} s\)

III - Méthode n° 2 : en programmant un micro-controleur

1) Principe de la mesure

On utilise un micro-controleur (ici la carte micro-bit) auquel on relie un émetteur/récepteur ultrason.

Un programme lancé sur la carte microbit va permettre :

• - de lancer l'émission d'un ultrason ;
• - de mesurer le temps écoulé entre l'émission et la réception du son (après réflexion sur l'écran).

🖉 Ajouter une légende au schéma.

2) Mise en œuvre

🖑 Mettre en place le dispositif avec une distance de \(\pu{50 cm}\) entre l'émetteur/récepteur et l'écran.

🖳 Ouvrir le logiciel Thonny. Y copier le programme de l'annexe. Enregistrer le programme dans votre espace sur l'ordinateur.

🖳/🖉 Lancer ce programme sur la carte micro-bit et faire 10 fois la mesure du temps mis par le son pour faire l'aller-retour entre l'émetteur/récepteur et l'écran et noter chaque valeur.

🖉 Calculer la moyenne de toutes les valeurs mesurées.

🖉 Calculer la vitesse du son.

3) Amélioration du programme

🖉 Modifier le programme pour qu'il calcule puis affiche directement la vitesse à la place du temps.

4) Prolongement

🖳/🖉 Mesurer la vitesse du son pour 10 distances différentes.

🖉 Donner les résultats dans un tableau avec le calcul de la vitesse du son pour chaque mesure.