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Ondes sonores dans l'air

Posté par
angedesiles
06-10-08 à 00:07

Bonjour à tous j'au un Devoir de physique. Pouvez vous m'aider à le resoudre.

Deux petits microphones M1 et M2 séparés d'une distance d sont disposés sur l'axe de symétrie d'un haut parleur produisant une onde sonore sinusoïdale de frequence v reglable.
Ils sont reliés respetivement aux voies 1 et 2 d'un oscilloscope, de même sensibilité verticale.
On fixe d= 34 cm et f= 2kHz

1) Schématiser le dispositif.

Alors j'ai reussi à schématiser le dispositif ça y est!

2) Quelle base de temps doit-on choisir pour observer sur la voie 1 de l'oscilloscope, deux periodes de la tension captée aux bornes du microphone M1? (l'écran est un rectangle comportant horizontalement 10 divisions et verticalement 8 divisions)

Alors je ne comprends pas cette question donc je n'arrive pas à y repondre...

3) Pourquoi l'amplitude de la tension observée sur la voie 2 est elle plus faible que celle observée sur la voie 1?

Je pense que c'est parce que le microphone M2 est moins proche du haut parleur que M1. Mais surement que ma reponse est imcomplete... Est ce bien ça?

4) Représenter l'oscillogramme des deux tensions observées. Justifier la réponse.


Ce n'est que le debut du probleme mais pour l'instant je prefere mettre que le debut, parce que peut etre qu'en comprenant ce debut j'arriverais à poursuivre la fin seule

Merci de bien vouloir me venir en aide

Posté par
Coll Moderateur
re : Ondes sonores dans l'air 06-10-08 à 07:37

Bonjour,

Le signal sinusoïdal a une fréquence   3$\nu qui vaut 2 kHz

Quelle est la période de ce signal ?

On veut voir sur l'écran de l'oscilloscope qui, horizontalement, comporte 10 divisions, deux périodes complètes. Quelle est donc la durée que doit mettre le spot pour parcourir ces 10 divisions ?
Ou encore quel doit être le réglage de la base de temps (généralement exprimé en millisecondes par division) ?

Posté par
angedesiles
re : Ondes sonores dans l'air 07-10-08 à 04:50

La période de ce signal vaut à 1/v= 1/2.10^3= 5.10^4 secondes
(1kHz vaut bien 1.10^3 Hz?)

Mais aprés je ne comprend pas vraiment ta deuxième question.... Je serais tenter de mettre 5.10^3 secondes par division mais ceci sans avoir très bien compris pourquoi, sans aucune justification.

Eclaire moi s'il te plait.

Posté par
Coll Moderateur
re : Ondes sonores dans l'air 07-10-08 à 08:16

Oui, 1 kHz = 1 000 Hz
Un signal dont la fréquence est 2 000 Hz a une période de 1 / 2 000 = 5.10-4 s = 0,5 ms

Pour voir sur l'écran de l'oscilloscope deux périodes complètes il faut que le spot traverse l'écran en 2 0,5 = 1 ms

Donc le balayage horizontal sera réglé pour 10 divisions par milliseconde c'est-à-dire 1 division pour 100 microsecondes

Posté par
angedesiles
re : Ondes sonores dans l'air 08-10-08 à 06:43

D'accord! Pouurrait tu me dire si ma réponse à la 3ème question est bonne??
Dejà je n'arrive pas trop à comprendre ce qu'est une amplitude quand on parle d'ondes sinusoidales. C'est quoi exactement?
Moi je vois plutot sa comme l'écart (la longeur) qu'il y entre un creux et une crête...
Est ce que tu peux m'expliquer?

Posté par
Coll Moderateur
re : Ondes sonores dans l'air 08-10-08 à 07:43

Oui, ta réponse à la troisième question est correcte.

L'amplitude est la déviation maximale par rapport au repos. Donc sur l'écran ce sera la distance entre la ligne médiane (le repos) et soit une crête soit un creux. Comme c'est un signal sinusoîdal ces deux distances sont égales.

Si tu considères le modèle habituel pour représenter un tel signal

y = a.sin(t + )

l'amplitude est représentée par a
le sinus varie de -1 à +1
et donc y varie de -a à +a

Posté par
angedesiles
re : Ondes sonores dans l'air 09-10-08 à 05:49

Donc ma justification n'est pas imcompète?

Sinon pour la question 4).

Selon moi il faudrait calculer l'amplitude pour espliquer la longueur de la denivellation mais comment fait on ça?
Sachant que l'amplitude est moins faible en M2.

Non franchement ne vois pas comment justifier... il ne faudrait pas aussi calculer la longueur d'onde??

Aide moi... . Je suis sure que je bute pour rien en plus.

(Sur ma feuille on nous a laissé un cadre quadrillé à grand carreux où faire l'oscillogamme)

Posté par
angedesiles
re : Ondes sonores dans l'air 09-10-08 à 05:52

De plus pour cette qestion je pense qu'il faudrait faire jouer la distance d= 34 cm entre M1 et M2 non??

J'expose des idées mais je suis complètement paumé...

Posté par
Coll Moderateur
re : Ondes sonores dans l'air 09-10-08 à 07:48

C'est assurément une bonne idée de calculer la longueur d'onde correspondant dans l'air à cette fréquence de 2 kHz

Je pense qu'alors la distance de 34 cm entre les deux microphones te "parlera".

Posté par
angedesiles
re : Ondes sonores dans l'air 10-10-08 à 05:50

Mais je n'ai pas la vitesse V de l'onde donc comment puis-je calculer la longueur d'onde sachant qu'elle est donnée par la relation V= /v?

d c'est la distance entre les deux microphones, donc est ce que c'est la distance de retard entre les deux tensions? nn?


Merci de m'aider stp :)

Posté par
Coll Moderateur
re : Ondes sonores dans l'air 10-10-08 à 07:50

La célérité des ondes sonores dans l'air vaut environ v 340 m.s-1 (cette valeur doit être connue pas cœur ; elle dépend de la température ; la valeur de 34 cm pour la distance entre microphones n'est pas due au hasard...)

Il y a un lien entre cette distance et le retard des signaux reçus par le deuxième microphone par rapport aux signaux reçus par le premier microphone.
Quant à ce qu'il se passe sur l'écran, je te laisse calculer et réfléchir.

Posté par
angedesiles
re : Ondes sonores dans l'air 11-10-08 à 05:14

OK. Donc le signal reçu par le microphone M2 arrive a T + (le retard)
Ainsi = d/V= 34.10^-2/340= 1.10^-3 secondes
donc à 1,5.10^-3 l'onde arrive en M2. Cependant elle arrive en M1 à 5.10^-4 secondes.

la longueur d'onde vaut = V/v= 340/2.10^3= 1,7.10^-1 mètre.

Ai je tort?

Donc on representera l'onde en fonction du temps, avec le temps sur l'axe des abcisse et l'amplitude sur l'axe des oordonnées c'est ça??

mais comment fait on pour representer l'amplitude, on a rien comme mesure? et sinon pour la longueur d'onde je choisi une echelle et je la reprensente entre 2 creux ou crêtes c'est ça??

Posté par
Coll Moderateur
re : Ondes sonores dans l'air 11-10-08 à 08:21

Oui la longueur d'onde dans l'air de ce signal vaut bien = 17 cm

Les deux microphones sont donc distants de deux longueurs d'onde. En conséquence ils reçoivent des signaux en phase.

Les tracés des deux sinusoïdes sur l'écran de l'oscilloscope devront donc être aussi en phase.

Je ne vois pas dans l'énoncé que tu as posté de données qui permettent des déductions sur les amplitudes des signaux reçus par chacun des microphones.

Posté par
angedesiles
re : Ondes sonores dans l'air 12-10-08 à 00:27

La longueur d'onde est de 17 cm certes mais pourquoi les 2 microphones sont distants de deux longueurs d'ondes?
Je ne comprends pas
Et comment peuvent ils etre en phase si les microphones sont séparés d'une distance d?

Peux tu m'aider à m'aide d'un schéma si possible stp.

Posté par
Coll Moderateur
re : Ondes sonores dans l'air 12-10-08 à 07:39

Ne prends pas les choses à l'envers...

Les microphones sont distants de 34 cm parce que l'opérateur a décidé qu'il en soit ainsi...
Il est sûr que ce n'est pas un hasard puisque cette valeur correspond à un nombre entier de longueurs d'onde ; ce que l'écran de l'oscilloscope permet justement de vérifier et d'ajuster au besoin.

Les deux signaux sont en phase parce qu'ils sont séparés exactement par deux longueurs d'onde.

Posté par
angedesiles
re : Ondes sonores dans l'air 12-10-08 à 19:11

Effectivement ça me semble plus logique. Merci  

Alors voici le reste du probleme et je te mets les pistes de ma reflexion:


5) On modifie la frequence v et la distance d. Desormais, v= 1 kHz et d= 17 cm.
Representer le nouvel oscillogramme obtenu. Justifier la reponse.

La longueur d'onde de ce signal vaut desormais = V/v
=340/1.10^3= 3,4.10^-1 mètres. Soit 34 cm.
Les deux microphones sont donc séparés d'une demi longueur d'onde /2. Ainsi les 2 sinusoidales sont en opposition de phase.

6) Le microphone M2 est ensuite élloigné de M1 et la base de temps réglée pour avoir un oscillogramme analogue à l'oscillogramme de la question 1.

Quelles sont alors les valeurs de d et de la nouvelle base de temps?

on veut avoir un oscillogramme analogue à la question 1, à savoir obsercer sur l'écran deux periodes de la tension aux bornes de M1.
Je suppose que la frequence ne change pas, elle vaut toujours 1kHz.
Ainsi la periode T de ce signal est de 1/1.10^3= 1.10^-3 secondes. Soit 1ms. Pour avoir sur l'écran deux sinusoidales complètes il faut que le spot traversee l'écran en 21= 2ms. Donc la base de temps est de 10 divisions par 2 ms.

Mais je n'arrive pas à determiner d....

Dis moi est ce que ma reflexion est bonne jusque là?

Posté par
Coll Moderateur
re : Ondes sonores dans l'air 13-10-08 à 07:49

Vraiment très bien. Tu es bien rentré(e) dans la compréhension du problème.

Question 5 : oui, rien à ajouter.

Question 6 :
Vitesse de balayage : c'est bon. On aurait pu aussi dire :
. la fréquence est deux fois plus faible
. la période est deux fois plus longue
. pour continuer à voir deux périodes sur l'écran il faut que le balayage soit deux fois plus lent ; au lieu de 100 microsecondes par division il faut maintenant régler la vitesse de balayage à 200 microsecondes par division.

La distance des microphones :
Tu as correctement su dire que les deux sinusoïdes à l'écran sont en opposition de phase. Or on veut retrouver un écran semblable au premier, donc on veut à nouveau que les deux sinusoïdes soient en phase. Etant donnée la nouvelle valeur de la longueur d'onde, quelle est la première distance supérieure à 17 cm (puisqu'on les éloigne) telle que les microphones recevront à nouveau des signaux en phase ?

Posté par
angedesiles
re : Ondes sonores dans l'air 13-10-08 à 12:36



Etant donné que deux sinusoidales en phase sont séparés par un nombre entier de longueur d'onde, alos ces deux sinusoidales sont séparé par k. k étant egal à 2. 2 c'est plus petit entier superieur. D'où = 217= 34cm. Donc d= 34 cm.
Mais cela semble bizarre on retrouve la meme valeur que la distance precedente

Posté par
Coll Moderateur
re : Ondes sonores dans l'air 13-10-08 à 13:45

Un peu de confusion...

La nouvelle longueur d'onde est = 34 cm

Les points alignés avec la source et en phase sont distants de k.

La première possibilité pour k. 17 cm est pour k = 1 et la distance correspondante est d = 1. = 34 cm

Au début cette distance était celle de points en phase mais éloignés de deux longueurs d'onde. Maintenant ce sont toujours des points en phase mais ils sont éloignés d'une seule longueur d'onde.

On retrouve la valeur du début... oui, et c'est sans doute pour cela que le rédacteur de l'énoncé a commencé par rapprocher les microphones ; en les laissant à la même distance le problème n'aurait pas été aussi intéressant

Posté par
angedesiles
re : Ondes sonores dans l'air 13-10-08 à 23:27

ok merci beaucoup coll! A bientot

Posté par
Coll Moderateur
re : Ondes sonores dans l'air 14-10-08 à 08:06

Je t'en prie.
A une prochaine fois !



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