TP n° 2 Ondes mécaniques progressives périodiques

But : définir la périodicité spatiale et temporelle d’une onde. Etudier le phénomène de diffraction d’une onde mécanique progressive périodique.

Matériel : - Emetteur ultrason générateur.

2 récepteurs ultrasons

Câbles de connexion

Oscilloscope

Réglet

logiciel ‘onde’ de Hatier téléchargeable à partir de la rubrique ‘lien’ de exovideo.com

-montage pour la diffraction

I) onde le long d’une corde

1) Réglage du logiciel

Ouvrir le logiciel ‘ondes’ de Hatier. Régler les paramètres suivants :

Corde

extrémité liée à un amortisseur

masse linéique

Tension de la corde T = 0,4 N

Onde

amplitude de la déformation A = 20 cm

onde sinusoïdale

fréquence f = 2 Hz

2) Périodicité spatiale et temporelle de l’onde

Remarque l’élongation d’un point de la courbe sera noté y et non u comme sur le logiciel. L’élongation correspond au déplacement vertical, à un instant t, d’un point de la corde.

Q1) Calculer la célérité ‘v’ de l’onde sachant qu’elle est donnée par la formule :

Q2) Donner la définition de la période T de vibration de la corde. Calculer sa valeur à partir d’un des 2 graphes. Donner la définition de la périodicité temporelle d’une onde. Calculer la fréquence f de l’onde.

Q3) Calculer la distance ‘x’ parcourue par l’onde le long de la corde en une période T de vibration.

Q4) Placer le point bleu sur la source S et le point rouge à une distance x de la source. Le point rouge sera noté A. Démarrer la simulation. Que remarquez vous sur l’allure de y_A(t) par rapport à y_S(t) ? Recommencer l’expérience en éloignant le point A de la source d’une distance 2x, 3x, 4x.

Q5) Donner les 2 définitions de la périodicité spatiale d’une onde notée .

Q6) De quel type d’onde s’agit-il ?

Q7) Placer le point rouge aux distances suivantes, démarrer la simulation que remarquez vous ? Conclusion.

II) Ondes ultrasonores

1) Montage

Brancher les récepteurs sur les deux entrées de l’oscilloscope en mode balayage. Régler le zéro des 2 voies sur la ligne médiane, la synchronisation par rapport à la voie 1, la finesse et le focus de la trace.

Mettre en marche le générateur d’ondes ultrasonores en mode continu.

Q8) Sachant que les ondes ultrasonores ont une fréquence f = 4x10⁴ Hz calculer la périodicité temporelle T théorique de l’onde. En déduire le calibre de temps à utiliser pour visualiser 2 périodes sur l’écran.

Q9) Placer les 2 récepteurs sur le repère 0 de la règle. Régler le calibre de tension de manière à voir les 2 ondes ultrasonores sur l’écran. Comment vibrent-elles l’une par rapport à l’autre ? Déterminer la périodicité temporelle expérimentale T de l’onde à partir de la tension visualisée sur l’oscilloscope.

2) Détermination de la périodicité spatiale de l’onde ultrasonore.

Q10) Déplacer le récepteur d’une distance ‘d’ tel que les 2 ondes soient de nouveau en phase. A quoi correspond cette distance ?

Q11) Eloigner le récepteur 1 du recepteur 2 d’une distance de manière à calculer plus précisément la périodicité spatiale.

Q12) Que remarquez vous sur l’amplitude l’onde ultrasonore quand on s’éloigne de la source ?

Q13) Calculer la célérité de l’onde ultrasonore.

Q14) De quel type d’onde s’agit-il ?

III) Diffraction des ondes ultrasonores

1) Montage

.

Face à la source ultrasonore, réglée comme précédemment, on place à 10 cm une plaque de métal trouée d’une fente rectangulaire verticale de largeur réglable, disposée selon le schéma ci-dessous. On déplace le récepteur en le maintenant à une distance constante de 40 cm de la fente. Un système d’acquisition permet de mesurer la tension aux bornes du récepteur.

2) Etude expérimentale

Q15) Enlever la plaque et déplacer le récepteur. Observez comment évolue l’amplitude de l’onde en fonction de l’angle . Conclusion.

Q16) Remettre la plaque et laisser un espace d’environ 1 cm (peu différent de la périodicité spatiale de l’onde). Déplacer le récepteur et noter la valeur de l’angle a correspondant aux maxima et aux minima d’amplitude successifs de la tension sinusoïdale mesurée.

Angle a en degrés
Amplitude de la tension sinusoïdale	Maximum	Minimum	Maximum	Minimum

Tracer la courbe donnant l’amplitude en fonction de l’angle. Conclusion.