• Etudier les propriétés des ondes ultrasonores à l'aide d'un oscilloscope

• Déterminer la célérité des ondes ultrasonores à température ambiante

On visualise une onde sonore à l'aide d'un microphone et d'un oscilloscope : Le microphone transforme l'onde sonore qu'il reçoit en une tension électrique variable à ses bornes. On visualise cette tension sur l'une des voies d'un oscilloscope en mode balayage : les variations de l'onde sonore au cours du temps sont analogues à celle de la tension visualisée.

matériel : un émetteur et un récepteur d'ultrasons, un GBF (Générateur Basse Fréquence) et un oscilloscope

Réglages de l’oscilloscope :

• Régler le 0V des deux voies (Y-POS I et Y-POS II pour déplacer la ligne sur l’axe central puis bouton CH I/CH II pour passer d’une voie à une autre ou DUAL pour visualiser les 2)

• Vitesse de balayage : l ms/div
• sensibilité verticale sur les 2 voies : 1 V/div
• Position DC sur les 2 voies, DUAL enfoncé, CH I/CH II relâché

Réglages du GBF :

• signal sinusoïdal ~ de fréquence f = 40 kHz environ
• Amplitude maximum (level)

Montage :

Réaliser le montage ci-dessous, l'émetteur et le récepteur sont placés dans le rail gradué, à quelques cm l'un de l'autre.

• Adapter les réglages de l'oscilloscope (vitesse de balayage et sensibilité verticale) de façon à avoir un oscillogramme bien " lisible " (assez net, s'étalant sur 2 à 3 périodes et qui occupe l'écran au maximum).
• Compléter l’oscillogramme 1

• Vérifier que la période des 2 signaux est bien la même. A quel nombre de divisions horizontales correspond-t-elle ?

• En déduire la valeur de la période temporelle T’ de l'onde sonore. Calculer la fréquence f’ de cette onde

• La comparer à la valeur de la fréquence f de la tension alternative fournie par le GBF pour créer l'onde dans le haut- parleur.

Placer le bord du récepteur sur une graduation " entière " de la règle (par ex sur 10 cm). Cette position sera la position 0 du récepteur.

Placer l'émetteur devant (entre 0 et 10 cm), de telle façon que les signaux soient en phase. Ne plus toucher à l'émetteur.

A partir de cette position 0, éloigner lentement le récepteur de l'émetteur pour obtenir à nouveau les signaux en phase. Le récepteur est alors en position 1.

En ces 2 positions l'état de l'onde est donc exactement le même. La distance qui sépare la position 0 et la position 1 représente donc la période spatiale ou longueur d'onde l de l'onde sonore.

Pour améliorer la précision déplacer non pas une fois mais 10 fois le récepteur de suite pour retrouver les signaux en phase à partir de la position 0. Noter la distance séparant les positions 0 et 10.

Que représente cette distance ? En déduire la valeur de la longueur d'onde l des ultrasons étudiés.

Rappeler la relation entre fréquence f , longueur d'onde l et célérité v d'une onde périodique. Calculer la célérité des ultrasons dans l'air, à température ambiante, en tenant compte des résultats obtenus au III.1) et au III.2). Faire un calcul d’erreur (vitesse théorique v_th=340 m/s)