Comment determiner la célérité des ultrasons dans l'air ?
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TP N°2: Comment déterminer la célérité des ultason dans l'air ?Ativité 1: Détermination de la célérité par mesure d'un retard.
Schéma de l'expérience
Le retard Δtcorrespond à la durée que met l'onde ultrasonore pour parcourir la distance qui sépare R1 de R2.
Sachant que v=d/Δt, il faudra s'arranger pour choisir d de manière à ce qu'elle soit la plus grande possible, afin que la mesure de v soit la plus précise possible, comme nous le prouve l'exemple suivant: si nous prenons une règle graduée au millimètre, l'erreur de mesure maximale est d'1 mm, donc si je mesure un objet de 2 mms je fais 50% d'erreurs, alors que si je prend un objet de 100 mms je fais 1% d'erreur.
De même nous allons adapter le balayage (durée/division) de manière à ce que les signaux de récéption sur l'oscilloscope soit les plus écartés possible.
Pour déterminer la célérité des ultrasons nous avons effectuer le montage ci dessous:
Montage de l'expérience
Nous avons placé deux recepteurs R1 et R2 à des distances respectivent d1=0,05m et d2=0,60m d'un émetteur E, ce qui nous a permis d'obtenir deux signaux sur l'oscilloscope.
Photo des signaux sur l'oscillospe
Photo des signaux sur l'oscillospe (non exploitable car il n'y à pas le début du premier signal)
La distance séparant les deux récépteurs est donc : d = d2 - d1 = 0,60 - 0,05 = 0,55 m
Nous avons réglé l'oscilloscope et nous avons choisis un balayage de 0,5 ms/division. Il y à une distance de 3,2 carreaux entre les deux signaux sur l'oscillope Nous obtenons donc :
Δt= nombre de divisions*balayage = 3,2 *(5 * 10^-4)= 1,6*10^-3 s
Maintenant que nous avons la distance d séparant R1 et R2 ainsi que la durée Δt que met l'onde ultrasonore pour parcourir la distance qui sépare R1 et R2, nous pouvons calculer la vitesse v des ondes ultrasonores, soit la célérité de ces ondes. v= d/Δt = 0,55 /1,6*10^-3 =343,8 m/s.
Lors de cette manipulation la température était de 22,2°C donc la célérité des ondes ultrasonores