TP n°2

TP PHYSIQUE – Terminale S
© http://physiquark.free.fr
TP n°2 : Ondes mécaniques progressives périodiques.
Etude de la caractéristique des ultrasons
1 - Longueur d’onde λ et vitesse v des ultrasons
1.1 - Montage utilisé
Réaliser le montage ci-dessous :
TRIGGERING
Beckm an Industrial
9012
COUPLING
LEVEL
PUSH AUT O
COMP ONENT T EST EXT T RIG
SOURCE
AC
CH1
TVH
CH2
TVV
ALT
LINE
EXT
SLOPE
+
-
NORM CH1 MONO
P OS
PULL x10
VERT ICAL MODE
P OS
X-Y
P OS
ALT
VARIABLE
INV1 CH2 DUAL CHOP ADD
GBF
CH2 VOLT /DIV
CH1 VOLT /DIV
AC
GND
DC
d
P OW ER INT ENSIT E
FOCUS
0.2 0.1
50
0.5
20
1
2
10
5
5
V
mV
VAR
PULL x5
0.2 0.1
50
0.5
20
1
2
10
5
5
V
mV
VAR
PULL x5
CAL
Emetteur US
AC
GND
DC
ms
2 1 .5 .2 .1
5
10
50
20
20
50
10
.1
5
.2
2
.5
1 µs
1
2 .1 .2 .5
s
T IME/DIV
CAL
Recepteur US
1.2 - Réglages
Oscilloscope :
Inverseur sur GND
Sélectionner 2 voies (ALT)
Centrer les 2 traces verticalement
Sensibilité voie 1 : K1 = 5 V/div
Sensibilité voie 2 : K2 = 2 V/div
Base de temps : b = 5 µs/div
GBF
Signal sinusoïdal
Bouton fréquence 100 kHz enfoncé et régler sur 20 kHz
Bouton amplitude au maximum
Placer le récepteur en face de l'émetteur à quelques centimètres en retoucher
légèrement le bouton rotatif du GBF pour obtenir une amplitude maximale sur la voie
2. Ne plus toucher à ce bouton ensuite.
1.3 - Mesure exacte de la fréquence des ultrasons
Placer le GBF sur une fréquence de 20 kHz puis de 40 kHz puis de 60 kHz.
Question 1. Qu’observez vous ?
Se replacer à la fréquence de 40 kHz.
Question 2. La relever précisément.
1.4 - Mesure de la longueur d'onde λ des ultrasons
Placer l'émetteur à l'origine du réglet et le récepteur à 1 cm environ de telle façon que les deux sinusoïdes soient en phase sur
l'oscilloscope (qu'elles repassent par zéro au même endroit).
Question 3. Eloigner le récepteur de l'émetteur et conclure.
Revenir à la position initiale appelée position 1. Eloigner le récepteur de l'émetteur de façon à ce que :
- Les deux courbes soient à nouveau en phase
- La distance de déplacement soit la plus petite possible.
Question 4. Noter cette distance d. On appelle cette position la position 2...................................................................
De la position 2, on recommence à éloigner le récepteur de l'émetteur de façon à obtenir une position 3 avec les mêmes
contraintes que précédemment.
Question 5. Noter la distance cumulée depuis la position 1 et remplir le tableau. Continuer ainsi de suite...
Position
Durée
écoulée (s)
Distance
(cm)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
TP PHYSIQUE – Terminale S
© http://physiquark.free.fr
Question 6. Déduire du tableau une valeur de la longueur d'onde λ la plus précise possible
1.5 - Calcul de la vitesse des ultrasons
λ est aussi la distance parcourue par l'ultrason pendant une période.
Question 7. Calculer alors la vitesse des ultrasons v.
2 - DIRECTIVITE DES ULTRASONS
Retirer la glissière et placer l'émetteur au centre du rapporteur.
Se placer uniquement sur la voie 2 (touche voie 2 enfoncée) pour n'obtenir
que le signal reçu.
Placer le récepteur juste en face de l'émetteur (angle de déviation de 0°) à
10 cm environ et régler la sensibilité de la voie 2 sur K2 = 0,5 V/div.
Question 8. « Mesurer » l'amplitude du signal et en déduire Um.
GBF
Déplacer ensuite précisément le récepteur sur un demi-cercle centré sur
l'émetteur et mesurer pour plusieurs valeurs de l'angle α de déviation la
tension maximale pour le signal reçu en voie 2.
Voie Voie
1
2
90
Récepteur
Emetteur
180
Question 9. Compléter le tableau suivant et tracer la courbe Um = f(α).
Conclure.
0
270
α(°)
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
Um (V)
3 - DIFFRACTION DES ULTRASONS
On place l’émetteur à 2 cm de la fente qui sera de L = 1,5 cm de large.
On déplace très précisément le récepteur sur un arc de cercle de 10 cm
(rapporteur).
On mesure alors l’amplitude reçue par le récepteur (à 10 cm)
Remarque : Les signaux reçus par l’émetteur et le récepteur doivent être
en phases à 0°.
GBF
1,5 cm
Voie Voie
1
2
Question 10. Remplir le tableau suivant et tracer la courbe Um = f(α)
Emetteur
α(°)
-60
-50
-40
-30
Um (V)
Question 11. Calculer arcsin(λ/L) et conclure
-20
-10
0
10
20
Récepteur
Centre du rapporteur
30
40
50
60