[TP2] - la vitesse du son

[ooyeah]

Voici le TP n°2 qui suit celui sur les ultrasons.

Il consiste à mesurer et calculer la vitesse du son dans l'air à l'aide de 2 microphones et d'un oscillo numérique à mémoire.

Je l'ai fait aujourd'hui et ça s'est bien passé.

Pour la situation de départ, j'utilise le cas de l'éclair pour qu'ils comprennent par un autre cas.
Pour l'objectif n°1, je les laisse patauger 5/10 mn pour trouver les bonnes sensibilités. Je finis par leur donner, histoire de pas trop perdre de temps.
Pour l'objectif n°2, j'utilise une image : je cours entre 2 paillases, ya 1 élève à chaque avec une montre, comment calcules-tu ma vitesse? Puis je leur dis que je représente l'onde sonore et les 2 élèves sont les micros. Ils se trompent souvent dans le positionnement des micros : face à face, côte à côte sans décalage...

Le gros problème, c'est l'émission du son bref. On frappe 2 lames métalliques. M'enfin on perçoit le signal quand
elles claquent bien à plat. ça marche 1 fois sur 15, c'est bien galère! si quelqu'un a mieux...

Compte tenu des micros utilisés, il faut les espacer de 20/30 cm maxi pour avoir une amplitude de signal satisfaisante (compte tenu du bruit électrique) pour le micro le plus éloigné.

Le résultat est très satisfaisant : des groupes ont trouvé 400 m/s.
Le TP est donc jouable et ça leur montre une qualité essentielle, la persévérance!

Ce TP permet de réviser v=d/t, ce qui sera pratique pour le TP suivant : ultrasons & échographie.

[nikomal]

bonosoir, je ne comprends pas quand tu parles de cablage, est ce le montage Clap classique permettant de mesurer facilement la vitesse du son (sur un ordi mais plus difficilement sur un oscillo même à mémoire)?
les élèves ont tous un oscillo à mémoire? es tu milliardiaire?
n'est il pas judicieux de transposer l'expérience avec des emetteurs récepteurs ultrasons puisque tu as fait ton tp 1 avec?
tu dis que tu pars de l'étude de l'éclair mais tu cites un départ de course de 100m (que tu pourras d'ailleurs réutiliser lors de l'étude de la photofinish !)
je ne comprends pas ta dernière remarque sur l'espacement des micros de 20/30 cm. si c'est le clap, cela fonctionne normalement pour n'importe quelle distance mais cela est juste plus précis pour la plus grande distance possible...
a bientôt

[ooyeah]

Re,
Oui c'est ça, c'est le fameux exo des livres avec le clap de cinéma.
Nos classes de seconde sont en dédoublés et j'ai fait du 4 groupes de 4 car il manquait des microphones.
Je suis pas milliardaire lol mais vu les effectifs, le lycée où je suis à des moyens que d'autres non malheureusement pas.
Je suis pas trop partisan du TP avec acquisition par ordi. Pour moi, s'ils savent déjà tracer une courbe dans excel voire faire une régression linéaire pour avoir l'équation, ce sera déjà très bien. Les logiciels sont très spécifiques et n'auront donc aucune utilité dans la vie pro future.

Je pense qu'il est plus judicieux de faire cette fois avec l'onde sonore. Le chapitre 1 du cours y fait référence en plus. Et la réalité des sons audibles est plus "palpable" que celle des ultrasons puisqu'on n'entend rien. ça évite de ne parler que des ultrasons. Puis, le mode salve n'est pas forcément évident à utiliser. J'ai donc préféré prendre le cas du son.

Non, l'exemple de l'éclair est complémentaire à celui du 100m des mondiaux. J'en parle à l'oral dès qu'ils ont lu l'intro. C'est pour les aider à rédiger l'hypothèse de départ.

Je suis bien d'accord que ça devrait fonctionner sur des distances plus grandes! mais t'oublies un truc essentiel : la sensibilité des micros. Avec un micro unidirectionnel à 10€, au delà de 20 cm, l'amplitude est trop faible. Le rapport signal sur bruit est insuffisant pour faire une mesure de durée précise. Avec un micro type cardioïde, un groupe a pu espacer de 30 cm max. Il faudrait alors amplifier le signal tout simplement et trouver un moyen d'émettre le son bref qui soit dans la gamme de fréquence du micro où la tension est la plus élevée.

Je parle de bruit car le câblage a été fait à l'arrache : BNC + pinces croco sur la prise jack du micro. Les mauvais contact étaient fréquents! ^^
Ils sont en seconde donc j'estime qu'un TP ne doit plus être forcément "autoroute" dans la facilité à obtenir les bons résultats, comme au collège. S'ils galèrent pour que ça marche, tant mieux! C'est un TP très mesures physiques. ça leur montre aussi qu'effectuer une mesure n'a rien d'évident.

[nikomal]

merci pour ta longue réponse,
je comprends mieux maintenant et je suis épaté que tu aies cherché à utiliser de petits micros (moi j'ai eu tellement de soucis en mpi avec que je n'utilise plus qu'un seul et un gros et tant pis si l'expérience est alors réalisée au tableau car c'est quand même les élèves qui manipulent et surtout cela permet d envoyer le même fichier de mesures à tous ).
il est vrai que l'ordi ne doit pas être systématique mais reconnais quand même que lorsqu'il améliore grazndement la précision d'une mesure , ce serait dommage de ne pas s'en priver.
et puis, ils seront amenés à utiliser très souvent 2 logiciels (gts2 et regressi chez nous) donc autant commencer tôt en seconde.
quant je te conseillais les ultrasons, c'était aussi dans l'idée de gagner du temps par la suite lors de l'étude de l'échographie, qui lui est aussi un vrai tp avec hypothèses, schémas, modélisations, vérifications des hypothèses.
Pour résumer, la vitesse du son, on la fait souvent en classe entière et le principe de l'échographie plutôt en TP.
dis moi maintenant si cela a finalement bien fonctionné et quel a été le ressenti des élèves (ont ils accepté la difficulté de la mesure?...)
je trouve que c'est intéressant d'échanger nos divers ressentis
a bientôt
cordialement

[ooyeah]

de rien, c'est normal!

Oui tu as raison, l'ordi est pratique quand après une série de mesure tu dois faire une régression linéaire ou autre.
C'est hors sujet mais je me demande ce qu'apporte en plus regressi par rapport à excel...

C'est sûr que faire l'échographie dans la foulée est plus "naturel". Je ferais ce TP dans 2 semaines, on en reparlera. Sans vouloir faire mon prof aigri, en l'espace de 2 semaines des élèves te redemandes "c'est quoi la sensibilité verticale, Kx ou Ky?" (regarde ton tp n°1 démerde toi!!! ^^). Donc jme dis que même en le faisant dans la foulée, ce ne sera pas évident pour tout le monde. ça fait comme un rappel, c'est peut être pas plus mal.

Je revois mes 2 classes de seconde mardi, je leur poserai la question avant d'entamer le corrigé. Jte redis ça. J'imagine déjà les réponses!

[ooyeah]

So, le feedback :

La plupart ont bien compris le principe.
C'est au niveau des schémas et de la rédaction du calcul de la vitesse du son puis de la conclusion que les groupes se sont "départagés".
Certains ont donc trouvé le TP bien voire facile et d'autres un peu moins!
Cela dit, j'ai fait le TP 4 fois ce vendredi là. J'étais donc au taquet, au mieux pour aider efficacement les groupes en difficultés en fin d'aprèm. Comme par hasard, cette demi classe a apprécié le TP...

Au total, si c'était à refaire, je referai ce TP!

[nikomal]

le bilan est globalement positif, c'est l'essentiel !
il est vrai qu'on est au point qu'après un ou deux groupes (après 4 tp identiques, tu dois être bien cuit qd même !)
moi j'attends toujours les premiers controles pour juger vraiment car en plus cette année j'ai deux classes de seconde très différentes (et j'ai bien du mal à obtenir un ressenti fiable en fin de séance).
Bonne continuation

[ooyeah]

ahah je suis complètement fracassé!

A y réfléchir, voici 3 moyens d'améliorer l'exploitation des signaux :

- n'employer que des microphones de type cardioïde,
- amplifier la tension délivrée par les microphones (env. 40 mV) par ampli-op,
- diminuer la fréquence d'échantillonnage de l'oscillo pour limiter le bruit.

De cette façon, un claquement de doigts suffirait à produire le son bref...