Objectif global

Mesurer les modes acoustiques d'un tuyau de longueur L dans les conditions suivantes :

Dispositif proposé

Si on fait passer des ondes sonores à travers un tube (Figure 1), dont les parois sont assez rigides pour ne pas prendre part à la vibration, elles sont à considérer comme ondes planes, tant que le diamètre du tube reste petit par rapport à la longueur d'onde. L'extrémité du tube, fermée ou ouverte, joue le rôle d'un réflecteur. Ainsi, les ondes réfléchies interférant avec les ondes incidentes, un système d'ondes stationnaires peut se former pour chaque fréquence

.
Figure 1 : production et détection des ondes sonores

   Fonctionnement

On mesure la distance entre deux ventres de pression à partir de la graduation collée sur le tube (on estimera l'incertitude sur cette mesure de longueur).

1. On utilise une fréquence excitatrice approximativement égale à 1,6 kHz, équivalente à une longueur d'onde de 0,2I m. Dans les 2 cas, extrémité ouverte (libre) respectivement rigide, on mesure, en partant de l'extrémité opposée à la source, la répartition de la variation de pression à l'intérieur du tube.

2. on mesure, à l'intérieur du tube, en fonction de la fréquence variant entre 1 kHz et 2 kHz, les valeurs maximales de la variation de pression. Ces mesures se font pour l'extrémité ouverte et aussi, pour extrémité rigide.

3. Avec le piston mobile, on détermine les longueurs du tube nécessaires à la résonance dans le cas de fréquences plus élevées.

   Conditions de sécurité

Pas de conditions particulières mais éviter d'émettre des sons d'intensité trop importante

   Vous disposez de :

Un ordinateur
Un générateur basse fréquence
Un microphone "excitateur" ou haut-parleur
Un microphone de petite dimension
Un oscilloscope

Travail à effectuer

Préparation   (2 pages maximum + schémas)

Cette préparation doit être effectuée avant la manipulation, elle vous sera demandée en début de séance.

Elle doit comprendre :
Ø La définition très générale (2 lignes) du son
Ø Quelle est la vitesse du son dans l'air dans les conditions normales de température et de pression ?.
Ø Quelle est la relation entre la vitesse v, la fréquence f et la longueur d'onde l d'une onde ?.
Ø En vous inspirant de la figure 2,rappeler la relation liant la longueur d'onde l des ondes stationnaires dans le tube et la longueur du tube.

 Pendant la séance

Ondes sonores

Mettre en œuvre le microphone "émetteur" et le petit microphone détecteur.
Les fréquences des ondes acoustiques sont théoriquement celles indiquées par le générateur B.F. Pour chaque mesure on utilisera l'oscilloscope pour une mesure précise de la fréquence.
Pour différentes fréquences entre 1 et 2 kHz mesurer les longueurs du tube nécessaires à la résonance et en déduire la vitesse du son dans le tube. On fera ces mesures dans le cas du tube ouvert et fermé (Figure 2).
Utiliser les logiciels à votre disposition pour améliorer vos mesures et leur présentation.

Compte rendu

Le compte rendu devra être remis la semaine suivante :

Il doit comprendre :
Ø Une présentation de chaque manipulation telle qu'elle a pu se réaliser
Ø Les schémas explicatifs nécessaires
Ø Les mesures de vitesse des ondes présentées sous forme graphique avec les valeurs moyennes et les incertitudes de mesure.
Ø Des commentaires sur le déroulement de la séance et des difficultés rencontrées.
Ø Une conclusion relative à la propagation des ondes sonore.
Ø Des propositions d'améliorations ou de modifications du système de mesures.

Documents annexes nécessaires

Notice concernant :

Association EVARISTE : Haage@cnam.fr    Webmaster : Canu@cnam.fr

Copyright EVARISTE 1999