On souhaite mesurer la vitesse du de propagation du son dans l'air grâce à des capteurs.
Pour cela on utilise deux capteurs (micros) séparés d'une distance d. On mesure alors le temps ∆t que met le son pour parcourir la distance séparant les deux capteurs. La vitesse de propagation du son pourra alors être calculée à partir de l'expression de la vitesse vu au collège : V = d / ∆t
Mesure expérimentale de la vitesse du son
Exemples de vitesse du son
Avion le plus rapide | lumIère dans le vide | Son dans l'air | Son dans l'eau |
|---|---|---|---|
7 273 km.h-1 | 3,00.108 m.s-1 | 340 m.s-1 | 1 500 m.s-1 |
Utilisation de deux microphones
Les micros sont séparés d'une distance d connue (comprise entre 1,0m et 1,5m) et reliés à une carte d'acquisition.
Le logiciel "Mesure électrique" ou "Latispro" va nous permettre de visualiser les signaux reçus par les deux micros et ainsi de déterminer le temps que le son a mis pour parcourir la distance entre les deux micros.
Questions :
- Pourquoi, dans l'expression de la vitesse, est-il noté "∆t" et non pas "t" ?
- Préciser le nom du canal sur lequel est relié chaque micro.
- Préciser les étapes nécessaires pour paramétrer le logiciel "Mesure électrique" ou "Latispro"
- Séparer les micros d'une distance comprise entre 1,4 et 1,6m le plus précisément possible. Noter u(d) la précision de votre mesure.
- Déterminer le temps que met le son pour parcourir la distance d et indiquer la précision u(Δ t) de cette mesure.
- Calculer la vitesse du son et comparer la valeur obtenue la vitesse obtenue à la vitesse théorique
Utilisation de deux smartphones ou tablettes
On peut utiliser nos appareils du quotidien pour mesurer la vitesse du son. Ceci pourra être réalisé à la maison pour les plus curieux. Pour cela voir le protocole sur la vidéo suivante :
Etude historique
L'une des expériences historiques permettant de déterminer la vitesse du son dans l'air a été réalisée par François Arago, Louis Joseph Gay-Lussac et Gaspard de Prony en 1822 près de Paris sur ordre du Bureau des Longitudes. Présenté ci-dessous, l'extrait du traité élémentaire de physique (1836) de Monsieur l'abbé Pinault relate cette expérience :
« Les deux stations que l'on avait choisies étaient Villejuif et Montlhéry. À Villejuif, le capitaine Boscary fit déposer, sur un point élevé, une pièce de six1, avec des gargousses2 de deux et trois livres de poudre. À Montlhéry, le capitaine Pernetty fit déposer une pièce de même calibre, avec des gargousses de même poids. Les expériences furent faites de nuit et commencèrent à onze heures du soir, le 21 et le 22 juin 1822. De Villejuif on apercevait très distinctement le feu de l'explosion de Montlhéry et vice versa : le ciel était serein et à peu près calme. La température de l'atmosphère était de 15,9 degrés Celsius. Les coups de canon des deux stations opposées étaient réciproques, afin que les résultats ne fussent pas influencés par le vent. Chacun des observateurs notait sur son chronomètre le temps qui s'écoulait entre l'apparition de la lumière et l'arrivée du son. On peut prendre 54,6 secondes pour le temps moyen que le son mettait à passer d'une station à l'autre. Les deux canons étaient à une
distance de 9 549,6 toises3. »
1 Pièce de canon.
2 Charge de poudre contenue dans une enveloppe de tissu ou de papier au diamètre de la chambre du canon.
3 Unité de longueur ancienne qui correspond à 1,949 m.
Questions :
- Déterminer la vitesse du son dans l'air d'après l'expérience du 21 juin 1822.
- Quelle hypothèse est faite lors de cette expérience sur la vitesse de propagation de la lumière ?
- Quel était l'intérêt tirer des coups de canon croisés ?
- Comparer la vitesse obtenue à la vitesse théorique de 340 m.s-1 et conclure.