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Lecture préparatoire Physq 124/130 Marianne Vanier © 2007.

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1 Lecture préparatoire Physq 124/130 Marianne Vanier © 2007

2 Introduction et buts de lexpérience Le but de cette expérience est de mesurer la vitesse du son dans lair à laide un tuyau semi-fermé (i.e. ouvert seulement à une extrémité). Cette expérience est analogue à lexpérience sur les ondes stationnaires, sauf quil sagit ici dondes longitudinales (plutôt que transversales). Expérimentalement, vous devrez trouver la vitesse du son à un endroit du Campus Saint-Jean et la comparer à la vitesse théorique attendue dans un même environnement et à la même température. Pour ce faire, vous utiliserez un graphique, la technique de linéarisation, un tuyau en métal, des diapasons et un thermomètre (ou un thermostat). Vous observerez que vos résultats diffèreront de ceux de vos camarades de classe dépendamment du lieu de la prise de donnée, de la température et du taux dhumidité. Marianne Vanier © 2007

3 Matériel Le matériel dont vous aurez besoin pour prendre vos données comprend: Thermomètre ou Thermostat Diapasons (4) (tuning fork) et maillet Tuyau de résonnance Tuyau intérieur ajustable Mètre ou ruban à mesurer Marianne Vanier © 2007

4 Que faut-il mesurer? Quelle équation doit-on utiliser? La vitesse du son dans un milieu gazeux, liquide ou solide, est définie par: La longueur donde λ peut être déterminée à laide dondes stationnaires. Partie I Une onde stationnaire est le résultat de la superposition de 2 ondes progressives se dirigeant lune vers lautre. Lorsque les ondes progressives se rencontrent, leur combinaison entraîne une amplification de londe aux ventres et une annulation de londe aux nœuds. Ce processus est appelé résonnance. ventres nœuds Marianne Vanier © 2007

5 Pour un tuyau semi-fermé des multiples de λ / 4 seulement xoxo L 1 = λ / 4 D1D1 Pour n=1 Le centre du ventre à louverture du tuyau est situé en dehors du tuyau dune distance x o centre du ventre xoxo L 2 = 3 λ / 4 D2D2 xoxo L 3 = 5 λ / 4 D3D3 Pour n=2 Pour n=3 Marianne Vanier © 2007

6 En suivant le patron donné à la diapositive précédente, On peut écrire quen général: En regardant nos diagrammes à la diapositive précédente, on sait aussi que Si on met les L n égaux, on se retrouve avec léquation suivante: En isolant D n, on obtient léquation qui sera utilisée pour le graphique:

7 Méthode (I) 1- alignez les 2 tuyaux2- placez le diapason devant louverture du tuyau 4-tirez le tuyau intérieur jusquà ce quun premier son fort soit entendu. 3- frappez le diapason 5- notez la distance D à laquelle vous avez entendu le 1 er son fort 6- Trouvez les valeurs maximales et minimales de D pour lesquelles le 1 er son est encore fort. Cet intervalle constituera lerreur sur D 7- frappez le diapason de nouveau 8-tirez le tuyau encore pour trouver le 2 e son fort. Marianne Vanier © 2007

8 9- prenez la mesure de D pour le 2 e son fort 10- Trouvez les valeurs maximales et minimales de D pour lesquelles le 2 e son est encore fort. Cet intervalle constituera lerreur sur D (ΔD) 11- si possible, trouvez D et son erreur (ΔD) pour le 3 e son fort. 12- Recommencer les étapes 1 à 11 pour chacun des diapasons Méthode (II) 13- mesurez le diamètre du tuyau de résonnance et son erreur (Δr) 15-prenez la température de la pièce où vous vous trouvez 16- Calculez la valeur de la vitesse du son théorique attendue en utilisant votre mesure de température prise à létape précédente. 14-Calculez la valeur théorique attendue de X o. Marianne Vanier © 2007

9 En résumé, il faut trouver les 3 D et leurs ΔD respectifs pour chacun des diapasons. 4 diapasons x 3 valeurs de D = 12 points pour le graphique Stratégie pour le graphique linéaire Si vous cherchez un inconnu, réarrangez votre équation pour que linconnu soit dans la pente de votre graphique. Si vous cherchez deux inconnus (v et x o ), réarrangez votre équation pour que le premier inconnu soit dans la pente m et le deuxième dans lordonnée à lorigine b. Marianne Vanier © 2007


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