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]
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