Vitesse du son
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Vocation

L’expérience vise à mesurer la vitesse du son dans l’air. L'expérience nous oblige à mesurer le temps nécessaire à une impulsion sonore pour parcourir une distance donnée. Pour déduire avec précision la vitesse du son, nous allons tracer un graphique de la distance parcourue par rapport au temps pris et, enfin, obtenir la pente.

Theorie

Un son est une onde qui se propage par le changement de pression. L'objet générant le son poussera l'air, ce qui entraînera une augmentation de la pression devant lui. Le cycle créera un mouvement des régions hautes et basses dans la vague créant un son.

Pour déterminer la vitesse d'un objet, sa position est mesurée en fonction du temps. En maintenant la vitesse constante, la position d'un objet changera toujours de manière linéaire augmentera avec le temps. De la relation

Vitesse = distance parcourue / temps écoulé

On obtient

x=Vt+xo

x0 = position initiale de l'objet.

A partir de l'équation linéaire ci-dessus, nous réalisons que la pente du graphique tracé donnera la vitesse de l'objet.

Le mouvement du son dans l'air dépend de la densité et de la température de l'air de propagation. En utilisant le son à la fréquence 20Hz, la dépendance à la température peut être calculée à partir de l'équation

T = température en degrés,

Théoriquement à la pression atmosphérique normale, avec 50% d'humidité relative, le son se déplace à une vitesse moyenne de 345.25 m / s. Pour pouvoir expérimenter, nous mesurons le temps nécessaire pour parcourir la distance donnée.

Appareil et procédure

Tube en lucite: est équipé de deux haut-parleurs, un haut-parleur étant placé à l’extrémité du tube et l’autre pouvant être déplacé à l’intérieur du tube. La distance entre les deux haut-parleurs peut être mesurée à l'aide d'un ruban métrique utilisé pour calibrer l'intérieur du tube. Le premier haut-parleur est l'émetteur tandis que le second est le détecteur de l'impulsion sonore.

Générateur d'impulsions électriques: fournira l'impulsion de tension qui générera le son à transmettre à des intervalles de temps constants. Le temps écoulé entre l'application de la tension et l'apparition de l'impulsion au niveau du haut-parleur récepteur sera égal au temps nécessaire pour que l'impulsion sonore se déplace entre les deux haut-parleurs.

Oscilloscope: le faisceau d'électrons peut être utilisé pour mesurer les différentes vitesses lors d'un balayage horizontal. Le temps entre le début du mouvement horizontal du faisceau d'électrons et le début de la déviation verticale est égal au temps de parcours de l'impulsion sonore entre les deux haut-parleurs.

Procédure

  • Déplacez la deuxième enceinte jusqu'à ce que le premier grand pic du tracé de tension affiché sur l'écran de l'oscilloscope coïncide avec la ligne verticale 0.5 ms correspondant au temps t, égal à 0.5 ms. Mesurez et enregistrez la position, x, du deuxième orateur dans un tableau composé de deux colonnes, l’une pour le temps t et l’autre pour la position, x.
  • Répétez l'étape 1 ci-dessus pour des valeurs supplémentaires de t [1, 1.5, 2, 2.5 et 3 ms] correspondant à d'autres lignes verticales sur l'écran de l'oscilloscope. Continuez à utiliser le tableau 1 pour ces données.
  • Tracer un graphique de x (cm) par rapport à t (ms). En classe, vous tracez ce graphique à l'aide d'Excel.
  • Puisque la vitesse du son est constante, le graphique de x contre t devrait être une ligne droite. Utilisation de statistiques bidimensionnelles, régression linéaire, vexp.

Data

temps t (ms)position X (cm)
0.521.5
138.2
1.555.7
273.52
2.589.8
3107.5

Calcul et analyse

Pente du graphe = (Δy) / Δx

Vexp = 34.43543 cm / ms

Intercept = 4.108

coefficient de corrélation linéaire, R2 = 0.999883

Sy = 0.390355

Spente = 0.186625

Sintercepter = 0.363401

Graphique

Questions

  • La ligne droite indique que la vitesse du son est uniforme pendant toute la durée de la propagation.
  • Le graphique résultant aurait été une courbe car l'accélération serait différente de zéro et donc varierait constamment.
  • Distance pour t = 0.5 ms
  • Distance = vitesse x temps

    = 34.43543 cm / ms x 0.5

    = 17.2177 cm

  • Distance parcourue par la lumière
  • Distance = vitesse (c) x temps

    = (3.00 x 108 m / s.) X (0.5 x 10-3)

    = 150000 x 1609.34-1

    = Miles 93.2059

    • a) La proximité du coefficient de corrélation linéaire, R2 montre que les deux variables sont liées de manière linéaire.
    • b) Obtenir la distance parcourue par le pouls pendant chaque intervalle de temps.

Conclusion

Enfin, il ressort de l'expérience que la valeur obtenue est proche de la valeur théorique. On peut aussi raisonnablement en déduire que les paramètres temps et distance sont liés linéairement.

Pièces jointes:
FichierDescriptionTaille du fichier
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