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Tube de Kundt
Bonjour,
J'ai un exercice à faire en physique sur le tube de Kundt et je bloque sur certaines questions.Pourriez vous m'aider?
Voici l'exercice :
Le tube de Kundt comprend :
-un tube de longueur égale à 1 m environ, au fond duquel se trouve une poudre fine et légère.
-une tige métallique et donc élastisque solidement maintenue en son milieu O dans un étau et munie à son extrémité d'un piston A qui obture pratiquement le tube, sans toucher les parois.
-un piston mobile B qui permet de modifier la longueur de la colonne d'air du tube.
Avec un chiffon, on exerce, sans trop serrer, des tractions régulières de O vers A' sur la partie libre de la tige afin de produire, sur cette dernière, des ondes longitudinales progressives déplacant faiblement ses extrémités.
Un son se fait entendre et, pour certaine longueur de la colonne AB, la poudre vivement projetée par endroits vient se déposer en petits tas régulièrement espacés.
1-a. A quoi est dû le son que l'on entend lorsqu'on frotte convenablement la tige OA'? Le son est du au déplacement de la poudre le long des parois.
b- Indiquer précisément ce qui le provoque. C'est plus particulièrement les ondes longitudinales qui le provoque.
c-Dans cet instrument, quel est l'excitateur? C'est le chiffon.Le résonateur? la tige.
2-a-Quel phénomène s'établit dans la colonne d'air? Un phénomène de résonance se produit.
b-Que matérialisent les tas de poudre et à quelle distance se trouvent ils les uns des autres? Cela représente les fréquences. Par contre pour la distance des tas, je ne sais pas du tout.
c- Quel est l'état Vibratoire des extrémités de la colonne d'air? Une colonne d'air possède des modes propres de vibration.Les valeurs des fréquences propres dépendent de la longueur de la colonne d'air.L'état vibratoire est celui du mode fondamental.
3-La célérité du son dans l'air dans ces conditions est v=335 m.s^-1. On observe 7 tas de poudre, dont un à chaque extrémité, sur une longueur L=0.72m. Quelle est alors la valeur de la fréquence du son percu? De quoi dépend cette valeur? La valeur de la fréquence du son percu est : f=v/2L soit f = 233 Hz. Cette valeur dépend de la longueur L.
Merci de me dire si mes réponses sont justes et de me dire ce qui ne va pas si elles sont fausses. Merci d'avance.
Bonne soirée.
Bonjour,
La présentation adoptée ne permet pas facilement de distinguer l'énoncé des propositions de réponse. On va reprendre tout ça.
1-a. A quoi est dû le son que l'on entend lorsqu'on frotte convenablement la tige OA'?
Vraiment pas au déplacement de la poudre
1-b- Indiquer précisément ce qui le provoque.
Quelle est la partie de l'instrument à l'origine du son, vibration de l'air, sans laquelle seul un son très faible serait éventuellement entendu ? Quel est le rôle de chaque pièce de ce tube de Kundt ?
1-c-Dans cet instrument, quel est l'excitateur? Le résonateur?
Le chiffon n'est pas l'excitateur de l'instrument. La tige n'est pas le résonateur.
Ok merci de s'occuper de moi!
Donc pour la question 1-a, ce sont donc les ondes longitudinales progressives qui le provoquent.
Pour la question 1-b,la partie de l'instrument à l'origine du son, vibration de l'air, sans laquelle seul un son très faible serait éventuellement entendu est donc la tige métallique. Donc c'est la tige métallique qui provoque précisément ce son.
Rôles de chaque pièce :
-tube : il permet de déterminer la vitesse de propagation du son dans l'air, dans un milieu gazeux ou un matériau poreux acoustique.
-tige : tige en métal d'un matériau que l'on veut analyser, dans lequel est placé un micro.
-piston : permet de faire varier la longueur de la colonne d'air.
Pour la question 1-b, La tige est donc l'excitateur et le tube le résonateur.
Merci de me dire si ca va mieux! J'ai essayé de plus aérer aussi.Merci d'avance
Oui, ça va vraiment beaucoup mieux 
D'accord pour 1-a : les ondes longitudinales dans la tige métallique font vibrer celle-ci et en particulier ses extrêmités (ou l'amplitude des vibrations est maximale). Ces vibrations se transmettent à l'air : c'est le son.
Question 1-b : Malgré tout le son (vibration de l'air) qui résulterait de la seule vibration de la tige métallique serait très faible, difficilement audible.
Tu peux faire l'expérience : une tige métallique serrée en son milieu dans un petit étau : en frottant un objet le long de cette tige on la met en vibration... mais le son n'est pas très intense.
Pour une longueur convenable (ajustable avec le piston B) de la colonne d'air contenue dans le tube, celle-ci entre en résonance. Il en résulte une amplification du son qui devient très nettement audible.
Question 1-c : oui la tige et le piston A constituent l'excitateur ; le tube fermée par le piston B constituent le résonateur.
On continue...
2-a : Quel phénomène s'établit dans la colonne d'air ?
2-b : Que matérialisent les tas de poudre et à quelle distance se trouvent-ils les uns des autres ?
2-c : Quel est l'état vibratoire des extrémités de la colonne d'air?
Ces trois questions sont très liées les unes aux autres ; lis bien les trois avant de répondre à la première.
Ok merci bien! On continue...
Pour revenir à la question 1-b. C'est donc plus précisément la longueur de la colonne d'air qui provoque un son plus fort! C'est cela?
Deuxième partie :
2-a : Quel phénomène s'établit dans la colonne d'air ?
Ce n'est pas un phénomène de résonnance qui se produit dans la colonne? Car la poudre est projetée à différents endroits...
2-b : Que matérialisent les tas de poudre et à quelle distance se trouvent-ils les uns des autres ?
Les tas de poudre matérialisent les noeuds de vibration. Par contre pour la distance, je ne vois toujours pas comment la calculer. Il faut la calculer ou seulement l'exprimer avec une formule?
2-c : Quel est l'état vibratoire des extrémités de la colonne d'air?
Une colonne d'air possède des modes propres de vibration. Aux extrémités de la colonne d'air, on peut observer des noueuds de vibration.
Merci de me dire si c'st juste car là j'ai vraiment "patauger". Encore merci pour votre aide.
Ça avance bien ; tu ne patauges pas tant que ça
1-b : En déplaçant le piston B on "accorde" le tuyau. Pour la plupart des longueurs il ne se passe rien et en effet pour certaines longueurs un son est amplifié. La fréquence propre du tuyau est alors la même que l'une des fréquences de l'excitation. Oui, il y a résonance.
2-a : C'est vrai ; mais je dirais aussi que le phénomène dans la colonne d'air est un phénomène d'ondes stationnaires. Je crois que c'est le concept important qui domine les trois questions de cette deuxième partie. Associés à ces ondes stationnaires on va trouver le long du tube des nœuds et des ventres de déplacement de l'air.
2-b : La poudre est ejectée des emplacements où il y a des ventres de déplacement et se réunit aux emplacements où sont situés les nœuds de déplacement.
La distance entre deux nœuds est une demi-longueur d'onde dans l'air du tube.
2-c : La réponse est dans la question 3 (de l'intérêt de lire et relire complètement un problème avant même d'attaquer la première question) :
On observe 7 tas de poudre, dont un à chaque extrémité
Il n'est pas toujours facile de répondre à cette question. Pour le piston B il n'y a aucune hésitation : il est étanche et donc à cet endroit l'air ne peut connaître qu'un nœud de déplacement ; il était sûr que l'on trouverait un petit tas de poudre au niveau du piston B. La question était plus délicate pour le piston A qui ne touche pas aux parois du tube et qui vibre ; mais il doit vibrer avec une élongation beaucoup plus faible que celle de l'air aux emplacements des ventres et donc on admettra qu'il y a aussi un nœud au niveau du piston A.
Conclusion : la longueur du tube est un multiple de la demi-longueur d'onde dans l'air du son émis.
On continue ?
3-La célérité du son dans l'air dans ces conditions est v = 335 m.s-1. On observe 7 tas de poudre, dont un à chaque extrémité, sur une longueur L = 0,72 m. Quelle est alors la valeur de la fréquence du son percu ? De quoi dépend cette valeur ?
Ok merci bien! Je suis super heureux que vous m'aidez autant et en plus vous m'expliquez super bien. Merci de tout coeur! Il n'y a pas de problème, on continue...
3ième partie :
3-La célérité du son dans l'air dans ces conditions est v = 335 m.s-1. On observe 7 tas de poudre, dont un à chaque extrémité, sur une longueur L = 0,72 m. Quelle est alors la valeur de la fréquence du son percu ? De quoi dépend cette valeur ?
La valeur de la fréquence du son percu est : f=v/2L soit f = 233 Hz. Cette valeur dépend de la longueur L de la colonne AB et de la force que l'on exerce avezc le chiffon. Merci de me dire si c'est juste. Par contre, je trouve bizzare qu'il ne faille pas utiliser le nombre de tas...
Merci pour votre aide.
Tu as raison de trouver cela bizarre
Il faut utiliser le nombre de tas !
J'ai écrit plus haut que la distance entre deux tas est d'une demi longueur d'onde, donc...
à revoir !
Pour connaître la longueur d'onde il faut en effet diviser la longueur du tube... mais pas par 7...
Fais un dessin et ne te trompe pas : 7 tas de poudre ; un à chaque extrêmité ; entre deux tas : une demi longueur d'onde...
Ah oui en effet en faisant un dessin, j'obtiens 6 demi longueurs d'ondes soit 3 longueurs d'ondes! C'est cela?
C'est ça
Le dessin : la base de tout exercice de physique (j'ai eu un professeur qui exigeait un dessin par question !)
Calculer la longueur d'onde...
et connaissant la vitesse des ondes sonores dans l'air (dans les conditions de cet énoncé) en déduire la fréquence du son émis.
Répondre aux différenres questions (tu as l'énoncé ; je ne suis pas sûr de la séparation entre les questions et ce qui était tes propositions de réponse)
Donc la longueur d'onde est égale à : 0.72/3=0.24m. Donc la fréquance du son émis est :
f=v/2L soit f est environ égale à 698 Hz.
C'est bien cela? Cette question était dans l'exercice que j'ai mis!
Désolé ; je ne comprends pas quel est l'énoncé de la dernière question.
Peux-tu recopier l'énoncé de la troisième question sans aucun commentaire ? Merci
Ok le voici :
3-La célérité du son dans l'air dans ces conditions est v = 335 m.s-1. On observe 7 tas de poudre, dont un à chaque extrémité, sur une longueur L = 0,72 m. Quelle est alors la valeur de la fréquence du son percu ? De quoi dépend cette valeur ?
Ainsi c'est clair. Merci.
Tu as déjà trouvé la longueur d'onde qui est en effet 
= 0,24 m
Tu connais la vitesse de propagation du son dans l'air pour cette expérience.
Fréquence ? (c'est le 6ème fa de ton piano, si tu as un piano... deux octaves au-dessus du fa proche de la serrure)
De quoi dépend cette fréquence ? Pour répondre, pense à la relation que tu vas utiliser pour la calculer...
Ah ok merci! Je pense avoir trouvé! La formule est : f=v/lambda donc on obtient que f=335/0.24 est égale à environ 1396 Hz.
Cette fréquence dépend donc de la longueur d'onde mais pas de la vitesse de propagation du son dans l'air Car c'est toujours la même. C'est cela?
Merci pour vos réponses.
La fréquence dépend de la tige métallique : regarde un diapason dont les branches sont d'autant plus longues que l'on cherche à produire une fréquence basse. C'est la tige métallique qui est l'excitateur.
Il est probable que cette tige génère de nombreuses fréquences. La longueur du tube sélectionne une fréquence de résonance particulière. En modifiant la longueur du tube on obtiendrait sans doute d'autres fréquences.
La vitesse du son dans l'air est très dépendante de la température. La longueur pour une note donnée change selon cette température.
Ok merci bien!Sinon le calcul est juste? Donc en gros, la valeur de la fréquence dépend de la tige métallique, de la longueur du tube et de la température qui risque de changer la vitesse du son. C'est cela?
Merci encore.
La température ne joue pas tout à fait le même rôle. Si la température change il faudra pour retrouver la résonance changer la longueur du tube.
Je crois qu'il est suffisant de dire que la fréquence dépend de la tige métallique et de la longueur du tube qui sélectionne une fréquence par résonance. Une même fréquence est sélectionnée par des longueurs de tube différentes si la température change.
Voilà. Bonne musique !
Ok merci bien!Sinon le calcul est juste?
Encore merci de tout coeur et bonne soirée.
En ce qui concerne la musique, je ne suis pas sur que ce soit pour demain...
Ok merci de tout coeur! @ bientot... Je pense que ce sera peut etre dans quelques jours car j'ai d'autres Exos mais je cherche bien avant de poster car je n'aime pas le travail tout fait.Bonne soirée
Coll tu pourrais m'aider stp! Voici le lien : https://www.ilemaths.net/forum-sujet-125808.html
Merci d'avance.
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