Approfondissement : 
Longueur d'onde 
et vitesse de propagation

1. Synchronisation

· Allumer le GBF et sélectionner la voie A de l'oscilloscope.

· La fréquence du GBF est réglée à 500 Hz et la durée de balayage choisie sur l'oscilloscope est 
500 µs/div.

· Déplacer le micro A et constater que la courbe défile sur l'écran si l'oscilloscope est synchronisé sur le GBF : les variations de la tension produite par le micro sont liées aux variations de l'état de l'air (pression) au contact direct de la membrane du micro.

· Synchroniser l'oscilloscope sur la voie A et constater en déplaçant le micro que cette fois la courbe ne défile plus mais passe par 0 sur le côté gauche de l'écran (si ce n'est pas le cas, ajuster avec les flèches de décalage) : la tension s'affiche sur l'écran à partir de cet instant précis (noté t0) où, à l'endroit où se trouve le micro, l'air est dans le même état que s'il n'y avait pas de son.

1.a. Si on considère que t0 est l'instant origine des dates (t0 = 0), à quelle date t1 la tension aux bornes du micro est-elle maximum? A quelle date t2 est-elle minimum? A quelle date t3 retrouve-t-on un minimum?
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t1 =                              
t2 =                               
t3 =                               
                    
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1.b. A quoi correspond la différence t3 - t2?

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1.c. Que peut-on dire de ces variations de tension?

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1.d. Eloigner le micro du haut-parleur sur une assez grande distance. Qu'observe-t-on sur l'écran? Donner une interprétation en relation avec l'effet auditif prévisible au fur et à mesure qu'on s'éloigne de la source sonore.

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2. Longueur d'onde

· Placer le micro A à x = 1 m du haut-parleur.

· Conserver la synchronisation sur la voie A et sélectionner le mode DUAL de l'oscilloscope pour faire apparaître les deux tensions aux bornes respectivement des micros A et B .

· Placer le micro B exactement au même endroit 
(x = 1 m) que le micro A .

2.a. Que peut-on dire des deux tensions? Justifier la réponse en se référant à l'état de l'air.

------------------------- réponse --------------------------

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2.b. Reculer le micro B. Que constate-t-on (il y a deux remarques à faire) ?

------------------------- réponse --------------------------

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2.c. A partir de la position x = 1 m, chercher la plus proche position du micro B telle qu'on puisse considérer que l'état de l'air est le même au niveau des deux micros à tout instant. On dit alors que les courbes sont en phase. Expliquer ce que cela signifie du point de vue de la tension électrique.

------------------------- réponse --------------------------

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2.d. Peut-on trouver d'autres positions du micro B telles que les courbes soient en phase? Noter les valeurs x correspondantes. Quelle remarque peut-on faire?

------------------------- réponse --------------------------

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2.e. La distance entre deux positions consécutives est appelée longueur d'onde du son émis par le haut-parleur (notée lson ). Mesurer cette longueur d'onde.

------------------------- réponse --------------------------
                       
	lson =                                  
                    
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3. Fréquence et longueur d'onde

· Positionner les deux micros de telle sorte qu'ils soient distants de la valeur lson mesurée précédemment.

3.a. Sachant qu'à 20 °C, la vitesse de propagation du son dans l'air est 3,4.102 m.s-1, calculer (calculatrice disponible dans la barre de menu supérieure) la durée Dt du trajet du son sur cette distance. Exprimer le résultat avec deux chiffres significatifs comme la donnée 3,4.102 m.s-1.

------------------------- réponse --------------------------

Dt =                                     

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3.b. Comparer cette durée à la période de la tension.

------------------------- réponse --------------------------

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3.c. Le son émis par le haut parleur est périodique. Quelle est sa période ?

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3.d. En déduire sa fréquence.	

------------------------- réponse --------------------------

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3.e. En une durée égale à sa période, quelle distance le son parcourt-il ?

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3.f. Ecrire une relation littérale entre la longueur d'onde (lson ), la période (Tson) et la vitesse du son (vson).

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4. Mesure de la vitesse du son

· Le milieu de propagation est de l'air à 0°C.

· Placer le micro A à x = 0,10 m du haut-parleur, sélectionner la voie A de l'oscilloscope et la synchronisation en voie A.

· Régler l'amplitude sur le GBF pour visualiser à l'écran de l'oscilloscope une tension d'amplitude 
0,3 V.

· Régler la fréquence du GBF à 100 Hz : le haut-parleur émet alors un son grave. 

4.a. Choisir la durée de balayage pour afficher deux périodes sur l'écran et noter sa valeur.

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4.b. Mesurer la période.
	
------------------------- réponse --------------------------

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4.c. Enclencher le mode DUAL et mesurer la longueur d'onde du son en déplaçant le micro B (utiliser la loupe).

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lson grave =                             

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4.d. En déduire par le calcul la vitesse de ce son dans l'air à 0°C.

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4.e. On considère maintenant un son aigu obtenu avec le haut-parleur alimenté par une tension de fréquence 2 000 Hz soit 2kHz. Faire les réglages nécessaires et mesurer la période et la nouvelle longueur d'onde.

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Tson aigu =                                 
lson aigu =                               
                    
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4.f. Calculer la vitesse de ce nouveau son.

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4.g. Conclure : 

• La vitesse du son dépend-elle du caractère aigu ou grave du son ?

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• La vitesse du son dépend-elle de la température de l'air ?

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