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vitesse de propagation du son

Posté par
florian2
21-09-07 à 22:11

bonsoir ,
le scema ci dessous decrit une experience realisée pour mesurer la vitesse du son dans un gaz.
un generateur de basse frequence envoie une tension électrique sinusoidale dans un haut parleur qui transforme cette tension en un son de meme frquence.Le son se propage dans le gaz contenu dans un tube,puis il est recu par un microphone qui le transforme en tension sinusoidale.Grace à des fils electriques rigides et à des orifices percés dans le tube,il est possible de deplacer le microphone à l'interieur du tube et l'experience consiste à mesurer la distance d entre 2 positions successives du microphone,c'est à dire la plus petite distance entre 2 positions pour lesquelles on observe sur la voie B une tension en phase avec celle observée sur la voie A.

1)preciser quelle est la tension observée sur la voie de l'oscilloscope.
2)la base de temps de l'oscilloscope etant réglée sur 100s/div,indiquer la valeur de la frequence de l'onde sonore.
3)a)lorsque l'experience est réalisée dans du diazote à 20°C,on mesure une distance d=34,9 cm.
en deduire la vitesse V du son dans le diazote à cette temperature.
b)on purge le tube du diazote qu'il contient et on le remplit de dioxygene.La temperature étant toujours de 20°C,on mesure une distance d=32,6 cm.Determiner la vitesse V' du son dans le dioxygène.
4)indiquer laquelle des 4 hypotheses suivantes,concernant la vitesse de propagation du son dans des gaz diatomiques à la meme temperature,est compatible avec les résultats de cette expérience:

Hypothese1:la vitesse du son est proportionnelle à la masse molaire du gaz.
Hypothese2:la vitesse du son est inversement proportionnelle à la masse molaire du gaz.
Hypothese3:la vitesse du son est proportionnelle au carré de la masse molaire du gaz.
Hypothese4:En adoptant parmi les 4 hypotheses proposées précédemment celle qui rend le mieux compte des resultats de l'experience.calculer la distance d que l'on mesurerait si on realisait l'experience dans du dioxygene à 20°C.
données:masse molaire du dioxygene:32g.mol^-1,diazote:28g.mol^-1,dihydrogene:2g.mol^-1

vitesse de propagation du son

Posté par
florian2
re : vitesse de propagation du son 21-09-07 à 22:14

pourriez vous me donner des pistes pour faire cet exercice svp
1)je lis 2 POUR LA TENSION sur l'oscilloscope,par contre je ne connais pas l'unité de la tension.  

Posté par
florian2
re : vitesse de propagation du son 21-09-07 à 22:21

pourriez vous me donner des pistes pour faire cet exercice svp
1)je lis 2 Volts POUR LA TENSION sur l'oscilloscope.

Posté par
florian2
re : vitesse de propagation du son 21-09-07 à 23:56

Posté par
florian2
re : vitesse de propagation du son 22-09-07 à 05:11

Posté par
florian2
re : vitesse de propagation du son 22-09-07 à 06:17

bonjour,
rectification,
le schema ci dessous decrit une experience realisée pour mesurer la vitesse du son dans un gaz.
un generateur de basse frequence envoie une tension électrique sinusoidale dans un haut parleur qui transforme cette tension en un son de meme frquence.Le son se propage dans le gaz contenu dans un tube,puis il est recu par un microphone qui le transforme en tension sinusoidale.Grace à des fils electriques rigides et à des orifices percés dans le tube,il est possible de deplacer le microphone à l'interieur du tube et l'experience consiste à mesurer la distance d entre 2 positions successives du microphone,c'est à dire la plus petite distance entre 2 positions pour lesquelles on observe sur la voie B une tension en phase avec celle observée sur la voie A.

1)preciser quelle est la tension observée sur la voie de l'oscilloscope.
2)la base de temps de l'oscilloscope etant réglée sur 100s/div,indiquer la valeur de la frequence de l'onde sonore.
3)a)lorsque l'experience est réalisée dans du diazote à 20°C,on mesure une distance d=34,9 cm.
en deduire la vitesse V du son dans le diazote à cette temperature.
b)on purge le tube du diazote qu'il contient et on le remplit de dioxygene.La temperature étant toujours de 20°C,on mesure une distance d=32,6 cm.Determiner la vitesse V' du son dans le dioxygène.
4)indiquer laquelle des 4 hypotheses suivantes,concernant la vitesse de propagation du son dans des gaz diatomiques à la meme temperature,est compatible avec les résultats de cette expérience:

Hypothese1:la vitesse du son est proportionnelle à la masse molaire du gaz.
Hypothese2:la vitesse du son est inversement proportionnelle à la masse molaire du gaz.
Hypothese3:la vitesse du son est proportionnelle au carré de la masse molaire du gaz.
Hypothese4:la vitesse du son est inversement proportionnelle à la racine carrée de la masse molaire du gaz.
5)En adoptant parmi les 4 hypotheses proposées précédemment celle qui rend le mieux compte des resultats de l'experience.calculer la distance d que l'on mesurerait si on realisait l'experience dans du dioxygene à 20°C.
données:masse molaire du dioxygene:32g.mol^-1,diazote:28g.mol^-1,dihydrogene:2g.mol^-1

Posté par
florian2
re : vitesse de propagation du son 22-09-07 à 06:22

erratum:dihydrogene pour la question 5)

Posté par
florian2
re : vitesse de propagation du son 22-09-07 à 06:42

1)je ne sais pas
2)base de temps de l'oscilloscope:100 s/d=100.10^-6s/d=0,10ms/d
on compte 10 divisions=1periode sur l'ecran de l'oscilloscope:
T=0,10*10=1ms=1.10^-3 s
F=1/T=1/(1/1.10^-3)=1000Hz
3)a)V=/T
soit V=0,349/1.10^-3=349m/s^-1
(une longueur d'onde est egale à une distance d de 34,9 cm,soit 0,349 m)
la vitesse du son dans le diazote à 20)C est de 349m/s^-1
b)V'=0,326/1.10^-3=326 m/s^-1
(une longueur d'onde represente une distance d egale à 32,6 cm,soit 0,362 m).
la vitesse V' du son dans le dioxygene à 20°C est de 326 m/s^-1.
4)j'ai besoin d'aide
d)idem
merci

Posté par
Coll Moderateur
re : vitesse de propagation du son 22-09-07 à 08:40

Bonjour florian2,

Quatrième question :
Pour M = 28 g.mol-1 tu as calculé une vitesse de 349 m.s-1
Pour M = 32 g.mol-1 tu as calculé une vitesse de 326 m.s-1

Il est facile de décider parmi les 4 hypothèses proposées.

Posté par
florian2
re : vitesse de propagation du son 22-09-07 à 10:42

bonjour,
4)serait ce l'hypothese 2:l'hypothese selon laquelle la vitesse du son est inversement proportionnelle à la masse molaire...en effet,la vitesse du son augmente lorsque la masse molaire diminue...ceci s'explique par le fait que les molecules de dioxygenes sont moins lourdes que celles de diazote.l'inertie des molecules de dioxygene est donc plus faible que celle des molecules de diazote.c'est pourquoi la vitesse du son dans le diazote est plus grande que la vitesses du son dans le dioxygene.
5)a partir de cette hypothese comment vais je calculer d pour le dihydrogene?
1)la tension visualisée sur l'oscilloscope est elle bien de 2 volts?
merci

Posté par
florian2
re : vitesse de propagation du son 22-09-07 à 11:02

Posté par
florian2
re : vitesse de propagation du son 22-09-07 à 11:30

bonjour,
4)serait ce l'hypothese 2:l'hypothese selon laquelle la vitesse du son est inversement proportionnelle à la masse molaire...en effet,la vitesse du son augmente lorsque la masse molaire diminue...ceci s'explique par le fait que les molecules de dioxygene sont moins lourdes que celles de diazote.l'inertie des molecules de dioxygene est donc plus GRANDE que celle des molecules de diazote.c'est pourquoi la vitesse du son dans le diazote est plus grande que la vitesse du son dans le dioxygene.
5)a partir de cette hypothese comment vais je calculer d pour le dihydrogene?
1)la tension visualisée sur l'oscilloscope est elle bien de 2 volts?
merci

Posté par
Coll Moderateur
re : vitesse de propagation du son 22-09-07 à 11:36

1) sur l'écran de l'oscilloscope il y a deux courbes. Une en provenance de chaque voie probablement. Je ne vois pas les unités pour l'axe vertical.

4) pour tester l'hypothése 2 tu as toutes les valeurs. Est-ce que ça marche ?

Posté par
florian2
re : vitesse de propagation du son 22-09-07 à 11:45

1)comment determiner la tension sur un oscilloscope?
4)est ce bien l'hypothese 2?ma justification est elle suffisante?(cf post ci dessus)
5)il manque une donnée pour calculer d...non?

Posté par
florian2
re : vitesse de propagation du son 22-09-07 à 11:57

Posté par
Coll Moderateur
re : vitesse de propagation du son 22-09-07 à 11:58

1) je ne peux pas t'aider

4) non, ton hypothèse est fausse et tu peux le vérifier facilement
5) non, il ne manque pas de données ; mais il faut d'abord faire la question 4

Posté par
florian2
re : vitesse de propagation du son 22-09-07 à 12:08

4)comment verifier que l'hypothese 2 ne marche pas?
la vitesse augmente quand la masse molaire diminue...la vitesse est donc proportinnelle mais de maniere inverse à la masse molaire...en fait les 4 marchent bien...

Posté par
Coll Moderateur
re : vitesse de propagation du son 22-09-07 à 12:14

Hypothèse 2 :

v = k/M

donc k = v.M est une constante indépendante du gaz ; vérification :

Pour le diazote : k = 349 * 28 = 9 772 SI

Pour le dioxygène : k = 326 * 32 = 10 432 SI

Donc l'hypothèse 2 est fausse

Posté par
florian2
re : vitesse de propagation du son 22-09-07 à 12:38

j'ai trouvé :
c'est l'hypothese 4:
VITESSE=1/(Masse molaire)
en effet:[1/(racine de 32)*349]/(1/(racine de 28))=326
je peux donc en deduire la vitesse V du son dans le dihydrogene:
V=326*1/(racine de 2)/(1/(racine de 32))=349*1/(racine de 2)/(1/racine de 28)=1305 m/s
5)V=1305 m/s^-1
et  T=1.10^-3
donc d=1305*1.10^-3=1,305 m

Posté par
florian2
re : vitesse de propagation du son 22-09-07 à 13:14

4)l'hypothese 4 est compatible avec les resultats de l'experience:
la vitesse du son est inversement proportionnelle à la racine carrée de la masse molaire M.
En effet,le voefficient k de proportionnalité vaut:
k=(349/(1/racine de 28)=(326/(1/racine de 32)=1845
la vitesse du son dans le H2 vaut donc:
k=v/(1/racine de M H2)
soit:1845=v/(1/racine de 2)
d'ou v=1845*(1/racine de 2)=1305 m/s^-1

(avec M H2=masse molaire du dihydrogene,etv=vitesse)

5) si M H2=2g.mol^-1,alors la distance d mesurée à 20°C sera de:
v=d/t
soit d=v.t=1305*1.10^-3=1,305 metre

(d pour distance;v pour vitesse,et t pour temps)

est ce juste?
faut il justifier pourquoi les 3 autres hypotheses ne conviennent pas ou non?
si oui,comment proceder?merci

Posté par
Coll Moderateur
re : vitesse de propagation du son 22-09-07 à 13:18

C'est bon.

Je reprends la démonstration pour la question 4 :
on suppose vraie l'hypothèse 4, donc
v = k / M avec k une constante indépendante du gaz et telle que
k = v.M

diazote : k = 349 . 28 = 1 847 SI
dioxygène : k = 326 . 32 = 1 844 SI

l'hypothèse est acceptable

Question 5 :
dihydrogène : k = v . 2
d'où v = 1 305 m.s-1 et d = 1,305 m

Posté par
Coll Moderateur
re : vitesse de propagation du son 22-09-07 à 13:19

Nos messages se sont croisés.
Ta nouvelle rédaction est bien meilleure.
Selon moi il n'y a pas à justifier l'abandon des trois autres hypothèses.

Posté par
florian2
re : vitesse de propagation du son 22-09-07 à 13:26

merci coll de m'avoir aidé à resoudre cet exercice un peu difficile...

Posté par
Coll Moderateur
re : vitesse de propagation du son 22-09-07 à 13:29

Je suis content d'avoir pu t'aider. Je trouve que tu rédiges mieux que l'année dernière. Bon travail !
Je t'en prie et à une prochaine fois !

Posté par
dana94
re : vitesse de propagation du son 27-09-11 à 16:35

bonjour a tous j ai le meme exercice et j arrive pas a faire la question 1 , 4 et 5
j ai pas compris comment vous avez fait la 4eme question

merci

Posté par
dana94
re : vitesse de propagation du son 27-09-11 à 16:46

je comprend pas
k=(349/(1/racine de 28)=(326/(1/racine de 32)=1845
car (349/(1/racine de 28)= 1 847 SI
(326/(1/racine de 32)=1845
pourquoi k= 1845 ?
merci d avance

Posté par
dana94
re : vitesse de propagation du son 28-09-11 à 15:36

personne pourra m aider stp ? j ai vraiment besoin de l aide

Posté par
dana94
re : vitesse de propagation du son 30-09-11 à 16:32

personne pourra m aider svp ? j ai vraiment besoin de l aide
je comprend vraiment pas le 4

Posté par
122155
re : vitesse de propagation du son 30-09-11 à 17:42

salut dana94
tu veux qu'on repend depuis le début?
1)Sur la voie A on visualise la tension aux borne du haut parleur.
Sur la voie B on visualise la tension aux borne du microphone.

tu peux contrôler facilement sur le shséma.
....................................................................
2)a) T=100s/div * 10div =10-3s
3)=0,349m
v=\frac{\lambda}{T}=\frac{0,349m}{10^{-3}}=349m/s
....................................................................
b)=0,326m
v=\frac{\lambda}{T}=\frac{0,3269m}{10^{-3}}=3269m/s
...................................................................................
4)
Hypothese1: si la vitesse du son est proportionnelle à la masse molaire du gaz.
   v=k.M
pour N2  : k=\frac{v}{M}=\frac{349}{28}=12,5
pour  O2  : k=\frac{v}{M}=\frac{326}{32}=10,2  => l(hypothèse 1 est fausse , car on devrait trouver la meme valeur pour la constante si elle état juste.
............................................................................................
Hypothese2:si la vitesse du son est inversement proportionnelle à la masse molaire du gaz.
v=\frac{k}{M}
pour N2  : k={v}{M}={349}{28}=9772
pour  O2  : k={v}{M}={326}{32}=104322  => l(hypothèse 2 est fausse , car on devrait trouver la meme valeur pour la constante si elle état juste.
...................................................................................................
Hypothese3:la vitesse du son est proportionnelle au carré de la masse molaire du gaz.
Hypothese4:la vitesse du son est inversement proportionnelle à la racine carrée de la masse molaire du gaz.
v=\frac{k}{\sqrt{M}}  => k=v.m
pour N2  :k=v.m=349.28=1,85.103
pour  O2  : k=v.m=326.32=1,85.103 => l(hypothèse 3 est  juste.
..................................................................................................
t si on realisait l'experience dans du dihydrprogène H2 à 20°C.  Mdihydrogene=2g.mol^-1
k=v.2  ==> v=\frac{k}{\sqrt{2}}1308m/s

Posté par
dana94
re : vitesse de propagation du son 30-09-11 à 17:50

salut 122155

je trouve les meme resulta pour les 1 2 et 3

Posté par
dana94
re : vitesse de propagation du son 30-09-11 à 17:51

merci beacoup pour ton aide
vraiment

pour l hypothese 3 on explique comment que c'est faux ?

Posté par
122155
re : vitesse de propagation du son 30-09-11 à 17:57

l' hypothèse 3 est correct , on l'a utilisé pour trouver la vitesse du son dans H2.

Posté par
dana94
re : vitesse de propagation du son 30-09-11 à 18:06

c l hypothese 4 qui est correct
Hypothese4:la vitesse du son est inversement proportionnelle à la racine carrée de la masse molaire du gaz.

Posté par
dana94
re : vitesse de propagation du son 30-09-11 à 18:17

pour la question 5 in faut trouver la distance est non pas la vitesse ..

donc d=v*t
1305*1.10^-3=1,305 metre

ou je fais
k = v . 2
d'où v = 1 305 m.s-1 et d = 1,305 m

merci encore

Posté par
122155
re : vitesse de propagation du son 30-09-11 à 18:40

oui oui c'est l' Hypothese4  qui correct :
l'hypothèse 3 :la vitesse du son est proportionnelle au carré de la masse molaire du gaz.  est fausse
en effet:
v=k.M^2===> [tex]k=\frac{v}{M^2}[tex]
pour N2:[tex]k=\frac{v}{M^2}=\frac{349}{28^2}=0,445[tex]
pour O2:[tex]k=\frac{v}{M^2}=\frac{326}{32^2}=0,318[tex]    l'hypothèse 3 est fausse.

Posté par
dana94
re : vitesse de propagation du son 30-09-11 à 18:42

donc pour l hypothese 3 on fait
v=k.M^2

pour n2: k = v/m^2 =329/28^2 = 0.44
pour 02: k= v/m^2= 326/32^2=0.31
donc c faux
est ce bien cela ?

Posté par
122155
re : vitesse de propagation du son 30-09-11 à 18:43

==> k=\frac{v}{M^2}
pour N2:k=\frac{v}{M^2}=\frac{349}{28^2}=0,445
pour O2:k=\frac{v}{M^2}=\frac{326}{32^2}=0,318    l'hypothèse 3 est fausse.

Posté par
dana94
re : vitesse de propagation du son 30-09-11 à 18:46

oui merci j avais compris

pour le 5
k=v*2
donc v= k/2 =1308
donc d=v*t 1308*1,0*10^-3 = 1,3 m

c bon ?

Posté par
dana94
re : vitesse de propagation du son 30-09-11 à 19:03

349*racine28= 1846 et 326*racine32=1844  

est ce que c'est un probleme si c'est 1.85 et l autre 1.84 ou on arrondi pour les deux a 1.85 ?

Posté par
dana94
re : vitesse de propagation du son 30-09-11 à 19:08

je vous remerci beaucoup

Posté par
122155
re : vitesse de propagation du son 30-09-11 à 23:07

bonne chance.

Posté par
122155
re : vitesse de propagation du son 30-09-11 à 23:15

d=v*t 1308*1,0*10^-3 = 1,3 m  oui .
349*\sqrt{28}=18461,85.103  
et 326*\sqrt{32}=18441,85.103

car les données sont sous forme de trois chiffres significatifs   voir :d=34,9 cm.



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