Mesurer la vitesse du son – écho, deux microphones sur un oscilloscope, ultrasons en phase

Ce qu’elle montre

Le son est une onde longitudinale ; dans l'air à 20 °C, il se propage à environ 343 m/s, et sa vitesse augmente d'environ 0,6 m/s par degré Celsius. Ce TP virtuel la mesure de trois façons. Avec la méthode de l'écho, un chronomètre mesure la durée de l'aller-retour du son jusqu'à un mur, donc v = 2d/t. Avec deux microphones, un oscilloscope affiche le retard Δt entre l'un et l'autre, donc v = d/Δt. Avec un émetteur d'ultrasons, déplacer un récepteur d'une longueur d'onde entière remet les deux signaux en phase, donc v = λf.

Mode d’emploi

Choisissez un onglet. Écho : réglez Distance au mur d et appuyez sur Frapper une fois ou Frapper N intervalles ; le tableau se remplit tout seul. Deux microphones : réglez Écart des microphones d, appuyez sur Frapper, placez Curseur 1 et Curseur 2 au début de chaque impulsion, puis appuyez sur Enregistrer. Ultrasons en phase : déplacez Position de R2 x jusqu'à ce que les courbes coïncident et appuyez sur Enregistrer la position en phase à chaque fois. Modifiez Température de l'air θ et utilisez Graphique pour comparer.

Paramètres modifiables

• Méthode Écho et chronomètre, Deux microphones et un oscilloscope, Deux récepteurs d'ultrasons en phase
• Température de l'air θ -10–40 °C
• Distance au mur d (écho) 20–200 m
• Nombre d'intervalles entre les claquements N 5–40
• Écart des microphones d 0,2–2 m
• Base de temps de l'oscilloscope 0,5 ms/div, 1 ms/div, 2 ms/div, 5 ms/div
• Fréquence de l'émetteur d'ultrasons f 38–42 kHz
• Position de départ x de R2 par rapport à R1 0–120 mm

Questions à explorer

1. Pourquoi frapper 20 intervalles au rythme de l'écho donne-t-il un meilleur résultat que chronométrer un seul écho ?
2. Pourquoi le graphique de Δt en fonction de d est-il une droite, et comment obtenez-vous v à partir de sa pente ?
3. Comment varie la longueur d'onde des ultrasons quand l'air se réchauffe, si f ne change pas ?