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PROBLEME RESOLU n° 3-A : Mesure de la célérité du son

 

ENONCE :

 

On utilise un oscillographe à mémoire pour enregistrer le passage du son au niveau de deux microphones M1 et M2 distants de d = 100 cm. Les deux microphones sont alignés avec la source sonore qui émet un son bref et intense.

Sur l'oscillographe, la sensibilité horizontale est de 1,0 ms / div et la sensibilité verticale est de 200 mV / div sur les deux voies

· 1- L'onde sonore est-elle transversale ou longitudinale ? (c)

· 2- Le passage de l'onde au niveau du microphone M1 déclenche l'enregistrement d'un signal sur la voie 1 de l'oscillographe.

Déterminer, sur l'écran de l'oscillographe, le retard avec lequel l'onde arrive au niveau du microphone M2. (c)

· 3- Calculer la vitesse (ou célérité) du son. (c)

· 4- Le signal sur la voie 2 a-t-il la même amplitude que celui sur la voie 1 ? Expliquer la raison. (c)

· 5- Quelles sont les conversions d'énergie qui se produisent au niveau des microphones. (c)

 

SOLUTION :


· 1-
(e) L'onde sonore est longitudinale. L'onde sonore se propage dans toutes les directions de l'espace. Chaque point P vibre longitudinalement dans la direction de propagation du signal.

Rappel : un petit poste radio, placé sous une cloche, devient inaudible lorsqu'on fait le vide. En effet, ce sont les molécules de gaz qui permettent, par leur vibration longitudinale, de transmettre le son depuis la source jusqu'au tympan de l'oreille de l'auditeur. Dans le vide, le son ne peut pas se propager.


·
2-
(e) Le passage de l'onde au niveau du microphone M1 déclenche l'enregistrement d'un signal sur la voie 1 de l'oscillographe. L'onde atteint le microphone M2 avec un retard t qui peut être lu sur l'écran de l'oscillographe. Sur l'axe horizontal 3 divisions séparent l'enregistrement des signaux captés par les microphones M1 et M2 lorsqu'ils sont atteints par l'onde sonore.

t = 3 div ´ 1 ms / div

t = 3 ms = 3,0 ´ 10 - 3 s (1)


· 3- (e) Calculons la vitesse du son.

L'onde parcourt la distance M1 M2 = d = 100 cm = 1, 00 m en un temps t = 3,0 ´ 10 - 3 s. Elle se déplace donc à la vitesse (célérité) V :

V = M1 M2 / t = 1,00 / (3,0 ´ 10 - 3)

V = 333 m / s (2)


· 4- (e) Le signal sur la voie 2 a une amplitude plus faible que celui sur la voie 1.

L'énergie du signal sonore émis par la source quasi ponctuelle se répartit sur une sphère de plus en plus grande. L'énergie mécanique reçue par la membrane vibrante du microphone M2 est donc plus faible que celle reçue par la membrane du microphone M1. Les signaux électriques engendrés n'ont donc pas la même amplitude.


· 5- (e) Conversions d'énergie qui se produisent au niveau des microphones.

L'énergie mécanique (onde sonore) reçue par la membrane d'un microphone est essentiellement transformée en énergie électrique. Cette énergie électrique est engendrée par le déplacement d'une bobine solidaire de la membrane devant un aimant permanent.

Par frottement mécanique une petite partie de l'énergie sonore peut devenir calorifique.


A VOIR :

Problème résolu n° 3-A ci-dessus : Mesure de la célérité du son.

Problème à résoudre n° 3-B (à résoudre) : Propagation d'une onde le long d'une corde (Bac 2005 - Asie).

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