Transcript PTSI1 Jean Perrin TP3 signaux physiques

PTSI1 Jean Perrin
TP3 signaux physiques : onde stationnaire et spectre
2014-2015
►Chaque étudiant rend compte du travail réalisé sur son « cahier de manipulation ».
►Le binôme rend une seule copie à la fin de la séance qui rend compte d’une partie du TP : « mesure de la
vitesse de propagation d’une onde le long d’une corde à partir de l’étude d’une onde stationnaire » .
Bien structurer cette copie :
→Objectif de la manipulation,
→Schéma du dispositif expérimental et matériel utilisé,
→Rédaction du protocole,
→Résultats des mesures avec incertitudes de mesure pour un niveau de confiance de 95%,
→Analyse des résultats de manière critique.
Les trois « appels professeur » seront validés sur cette copie.
Première partie du TP3: Ondes stationnaires mécaniques.
1Objectifs : Décrire une onde stationnaire observée sur la corde de Melde. Caractériser une onde stationnaire
par l’existence de nœuds et de ventres. Modéliser la courbe des fréquences des modes propres en fonction du mode
propre par une fonction linéaire. Mesure de la célérité de l’onde.
2Matériel : vibreur et son GBF relié par câble coaxial BNC banane, corde, supports et poulie, masses m
marquées, mètre ruban, balance, ordinateur et logiciel Regressi
3- Protocole expérimental :
- La corde relie le vibreur et la poulie où est accrochée une masse m connue
- Alimenter le vibreur, régler la fréquence du vibreur donc du GBF de manière à obtenir plusieurs fuseaux nets bien
marqués, par exemple, 4 fuseaux comme sur la photo précédente.
-Sur Regressi, dans « fichier » puis « nouveau » puis «clavier », commencer par entrer les variables expérimentales.
La première variable est le nombre de fuseaux n, c’est aussi le nombre de ventres de l’onde stationnaire (point de la
corde d’amplitude maximale). On appelle n « mode propre ». La deuxième variable est la fréquence du mode propre
que l’on notera fn et dont on lira la valeur sur le GBF.
- Pour une masse m et une longueur de corde L fixées, établir un tableau dans lequel on fait apparaître le mode propre
c’est-à-dire le nombre de fuseaux n et la fréquence du mode propre notée fn.
- Tracer fn en fonction de n.
Appel professeur n°1.
PTSI1 Jean Perrin
TP3 signaux physiques : onde stationnaire et spectre
2014-2015
Sauvegarder dans un fichier .png en ligne sur le site du lycée CHAMILO, PTSI, TRAVAUX, « PTSI1 TP3
Melde et spectre »; Le fichier est nommé par les noms des 2 étudiants du binôme : « Nespoulous Narvallo
melde. png ».
4- Analyse des résultats
Une onde stationnaire est une onde qui ne se propage pas, contrairement à une onde progressive. Elle est obtenue par
superposition d’une onde incidente progressive et d’une onde réfléchie. Dans le cas du dispositif de la corde de Melde,
l’onde incidente est sinusoïdale et donc elle est caractérisée par une fréquence et une longueur d’onde. Les nœuds de
l’onde stationnaire sont les points de la corde où l’amplitude de l’onde stationnaire est nulle.
41- Exprimer la distance entre deux nœuds du mode propre n en fonction de la longueur d’onde 𝜆𝑛 du mode propre.
42- En déduire la relation entre L la longueur de corde, le mode propre n et la longueur d’onde 𝜆𝑛 du mode propre.
43- En déduire l’expression de la fréquence fn du mode propre en fonction de n, L et la célérité c de l’onde progressive
à l’origine de l’onde stationnaire.
44- Exploiter les résultats expérimentaux obtenus dans la partie précédente pour déterminer la célérité c des ondes
mécaniques qui peuvent se propager sur cette corde. Appel professeur n°2
Deuxième partie du TP3 : Exemples de signaux, spectre.
On utilise la carte d’acquisition EUROSMART et le logiciel LATISPRO pour visualiser le spectre de fréquence d’une
tension. Avant de mettre en œuvre un dispositif expérimental permettant d’analyser le spectre du signal acoustique
produit par une corde vibrante, on réalisera l’analyse spectrale de différents signaux.
1- Son généré par un diapason
Ouvrir le logiciel Latispro ; utiliser un microphone et la carte d’acquisition correctement alimentée.
Faire l’acquisition du son générée par un diapason : dans « acquisition ». Puis « acquisition temporelle », effectuer les
réglages : « points », « Te » et donc « Total » de façon à acquérir 3 ou 4 périodes; Calibrer ensuite la courbe. Quel est
la fréquence du son généré par le diapason ? Quelle est la fréquence d’échantillonnage ?
Dans « traitement », aller dans « calculs spécifiques » puis, « analyse de Fourier », sélectionner la courbe et visualiser
le spectre du signal généré par le diapason.
Appel professeur n°3
Sauvegarder dans un fichier .png en ligne sur le site du lycée CHAMILO, PTSI, TRAVAUX, « PTSI1 TP3
Melde et spectre »; Le fichier est nommé par les noms des 2 étudiants du binôme : « Nespoulous Narvallo
spectre. png ».
************* Rédiger le compte-rendu à rendre à la fin du TP****************
S’il vous reste du temps :
2-Visualisation et étude des harmoniques d’une tension avec composante sinusoïdale et composante continue
On utilise le GBF en mode sinusoïdal avec une valeur moyenne non nulle à régler avec « output ». On utilise la carte
d’acquisition EUROSMART et le logiciel LATISPRO pour visualiser le spectre en fréquence de cette tension e(t)
d’amplitude E= 3V, de valeur moyenne U = 2V et de fréquence 1 kHz. Préciser sur le cahier de manipulation le
nombre de points d’acquisition et le temps d’échantillonnage utilisé pour faire l’acquisition de manière à obtenir 4 ou
5 périodes. Expliquer sur le cahier la conformité du spectre obtenu expérimentalement
3-Visualisation et étude des harmoniques d’une tension créneau
On visualisera le spectre en fréquence d’un signal créneau e(t) d’amplitude E= 5V et de fréquence 5 kHz. Préciser sur
le compte rendu le nombre de points d’acquisition et le temps d’échantillonnage utilisé pour faire l’acquisition de
manière à obtenir 4 ou 5 périodes. Expliquer sur le compte-rendu la conformité du spectre obtenu expérimentalement
avec la formule suivante correspondant à la décomposition en série de Fourier d’un créneau:
e(t ) 
sin(( 2 p  1)t )
 p 0
(2 p  1)
4E

