MUTUALISATION DES PRATIQUES DES ENSEIGNANTS DE PHYSIQUE-CHIMIE


ACCUEILLANT DES ÉLÈVES DÉFICIENTS VISUELS


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Les travaux pratiques

Propagation d'une onde progressive périodique
circulaire à la surface de l'eau

 

 

Déroulement du TP :


L’élève découvre le matériel disponible sur sa table avec notre collègue en inactivité. Les photos suivantes issues d’un film (agrandies et adaptées en relief sur des feuilles plastique) lui sont données.

 

Avec l’aide de notre collègue, l’élève détermine la période et la longueur d’onde. La collègue l’aide ensuite à compléter le tableau indiquant le rayon du front d’onde suivi en fonction du temps.
A la maison, l’élève trace la courbe qui représente l’évolution du rayon r en fonction du temps et termine son compte-rendu.

Protocole distribué à l’élève non voyant :
1- Mise en route de la cuve à ondes
  -Connecter le stroboscope par la fiche DIN sur la face arrière du générateur d'ondes.
  -Utiliser le mode asynchrone, le stroboscope étant arrêté (tourner à fond vers la gauche le bouton de gauche). Tourner à la main l'axe de la fenêtre du stroboscope pour éclairer le dispositif.
  -Brancher un fréquencemètre (GBF "bleus", en mode externe).
  -Relier le flexible de raccordement.
  -Utiliser un niveau à bulle pour régler l'horizontalité de la cuve.
  -Remplir la cuve avec environ 150 mL d'eau (épaisseur d'environ 5 mm, ce qui fait beaucoup d'eau).
  -Fixer l'embout du générateur d'ondes pour obtenir une onde circulaire. Le positionner au milieu de la cuve. L'embout doit affleurer la surface de l'eau: le plonger et le soulever de façon que l'eau adhère juste à l'embout.
  -Tourner à fond le bouton amplitude, régler et noter la fréquence lue au fréquencemètre. Diminuer l'amplitude de vibration pour limiter les réflexions parasites. La fréquence n'est plus affichée correctement alors. Dans un premier temps, on réglera la fréquence sur 15 Hz.
2- Observation du phénomène:
  -Observer sur la cuve à ondes le phénomène de propagation d'ondes périodiques à la surface de l'eau contenue dans une cuve à onde.
3- Réalisation d'un enregistrement
  -Régler la fréquence du GBF sur 16 Hz.
  -Positionner la webcam à 50 cm de la cuve. Le logiciel de la webcam est VIDCAP. Dans OPTION/preview, visualiser les images en continu et régler finement l'amplitude de façon à obtenir des rides convenables. On pourra aussi régler la position verticale de l'embout.
  -Faire un film de 3 s à 30 images/seconde.
4- Exploitation d'un enregistrement
Le phénomène de propagation d'ondes périodiques à la surface de l'eau contenue dans une cuve à onde a été enregistré à l'aide d'une webcam et va pou
voir maintenant être étudié. L'analyse de l'un de ces enregistrements sera réalisée à l'aide du logiciel aviméca. Les commandes utiles seront présentées par l'enseignant.
  -En utilisant l'enregistrement, mesurer la période temporelle des ondes. On indiquera soigneusement la méthode utilisée.
Comparer cette valeur avec la période de l'excitation réglée sur le GBF.
-En utilisant l'enregistrement, mesurer la longueur d'onde des ondes. On indiquera soigneusement la méthode utilisée et on illustrera la mesure par un schéma.
-En suivant un front d'onde, compléter le tableau suivant (r est le rayon du front d'onde, l'origine des dates est pris au niveau de la première image utilisée. Ne pas s'éloigner trop de la source car on peut alors être gêné par le phénomène de dispersion.):
r (cm): t (s)
(): ()
(): ()
(): ()
(): ()
(): ()
Tracer la courbe représentant l'évolution du rayon r en fonction du temps t.
En déduire la célérité v de l'onde.

On expliquera soigneusement le raisonnement utilisé.

Compte rendu de l’élève : En noir le texte du TP et en bleu les réponses de l’élève.
1- Mise en route de la cuve à ondes
  -Connecter le stroboscope par la fiche DIN sur la face arrière du générateur d'ondes.
  -Utiliser le mode asynchrone, le stroboscope étant arrêté (tourner à fond vers la gauche le bouton de gauche). Tourner à la main l'axe de la fenêtre du stroboscope pour éclairer le dispositif.
  -Brancher un fréquencemètre (GBF "bleus", en mode externe).
  -Relier le flexible de raccordement.
  -Utiliser un niveau à bulle pour régler l'horizontalité de la cuve.
  -Remplir la cuve avec environ 150 mL d'eau (épaisseur d'environ 5 mm, ce qui fait beaucoup d'eau).
  -Fixer l'embout du générateur d'ondes pour obtenir une onde circulaire. Le positionner au milieu de la cuve. L'embout doit affleurer la surface de l'eau: le plonger et le soulever de façon que l'eau adhère juste à l'embout.
  -Tourner à fond le bouton amplitude, régler et noter la fréquence lue au fréquencemètre. Diminuer l'amplitude de vibration pour limiter les réflexions parasites. La fréquence n'est plus affichée correctement alors. Dans un premier temps, on réglera la fréquence sur 15 Hz.
2- Observation du phénomène:
  -Observer sur la cuve à ondes le phénomène de propagation d'ondes périodiques à la surface de l'eau contenue dans une cuve à onde.
[On voit des cercles qui se propagent]
3- Réalisation d'un enregistrement
  -Régler la fréquence du GBF sur 16 Hz.
  -Positionner la webcam à 50 cm de la cuve. Le logiciel de la webcam est VIDCAP. Dans OPTION/preview, visualiser les images en continu et régler finement l'amplitude de façon à obtenir des rides convenables. On pourra aussi régler la position verticale de l'embout.
  -Faire un film de 3 s à 30 images/seconde.
4- Exploitation d'un enregistrement
Le phénomène de propagation d'ondes périodiques à la surface de l'eau contenue dans une cuve à onde a été enregistré à l'aide d'une webcam et va pou
voir maintenant être étudié. L'analyse de l'un de ces enregistrements sera réalisée à l'aide du logiciel aviméca. Les commandes utiles seront présentées par l'enseignant.
  -En utilisant l'enregistrement, mesurer la période temporelle des ondes. On indiquera soigneusement la méthode utilisée.
[On prend 2 photos successives prises par la caméra.
On observe un même point du milieu qui est dans le creux de la vague sur l'image 1 et sur l'image 3. Il est sur le sommet de la vague sur l'image 2.
Entre l'image 1 et l'image 3, les 2 photos sont séparées par une période temporelle.
Entre l'image 1 et l'image 2, les 2 photos sont séparées par une demi-période temporelle.
Le film est fait à 30 images par seconde.
2 images successives sont séparées par 1/30 s.
Entre l'image 1 et l'image, 3 il y a une période temporelle. Cette période vaut donc 2*1/30=1/15 s]

Comparer cette valeur avec la période de l'excitation réglée sur le GBF.
[Il y avait une fréquence de 15 Hz. Il est normal que la période soit égale à 1/15 s].
-En utilisant l'enregistrement, mesurer la longueur d'onde des ondes. On indiquera soigneusement la méthode utilisée et on illustrera la mesure par un schéma.
[On a mesuré la longueur d'onde sur le schéma. On a trouvé 1 cm.
Donc, en réalité, la longueur d'onde vaut 2 cm.]

-En suivant un front d'onde, compléter le tableau suivant (r est le rayon du front d'onde, l'origine des dates est pris au niveau de la première image utilisée. Ne pas s'éloigner trop de la source car on peut alors être gêné par le phénomène de dispersion.):
r (cm): t (s)
(2,7 cm): (0)
(4,1 cm): (1/30)
(5,2 cm): (2/30)
(6 cm): (3/30)
(6,8 cm): (4/30)
(10,4 cm): (5/30)

Tracer la courbe représentant l'évolution du rayon r en fonction du temps t.
[En abscisse on place t. En ordonnée on place r.
En abscisse 3 cm correspondent à 1/30 s.
En ordonnée, 1 cm correspond à 1 cm.]
En déduire la célérité v de l'onde.
[La célérité de l'onde correspond au coefficient directeur de la droite.
L'ordonnée à l'origine correspond à la célérité initiale.
y=(y^^B-y^^A)/(x^^B-x^^A)=(4,1-2,7)/(1/30)=42 cm.s^-1
La célérité vaut 42 cm.s^-1]