Déterminer expérimentalement la célérité d'une onde
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- Connaitre les exemples des ondes sismiques et des ondes sonores.
- Exploiter la relation entre la durée de propagation, la distance parcourue et la célérité.
- Déterminer une distance ou la célérité d’une onde.
- Une onde mécanique progressive est une perturbation qui se propage de proche en proche dans un milieu matériel. Les ondes sismiques et les ondes sonores sont des ondes mécaniques.
- On peut déterminer la célérité d’une onde sismique, c’est-à-dire sa vitesse de propagation, à l’aide d’un sismographe. On exploite alors la formule où la célérité est égale à la distance à l’épicentre divisée par la durée de propagation jusqu’à la détection.
- Le retard d’une onde entre deux points M1M2 est égal à la durée mise par une onde pour parcourir la distance entre les deux points M1 et M2.
- La mesure du retard entre deux points dont on connait la distance les séparant permet de déterminer la célérité de l’onde.
- La perturbation d’un milieu matériel
- La célérité d’une onde (vitesse de propagation)
- Le retard d’une onde
Il existe deux types d’ondes sismiques : les ondes de type P et les ondes de type S. Les ondes P sont plus rapides que les ondes S.
Génération et propagation des ondes sismiques
On peut détecter l’épicentre du
séisme (point sur la surface à la verticale
du foyer du séisme) grâce à des
sismographes. Si on connait la
distance 
séparant l’épicentre du sismographe
et si on mesure l’intervalle de
temps 
séparant le début du séisme et sa
détection par le sismographe, on peut ainsi
calculer la célérité des ondes
sismiques, c’est-à-dire leur vitesse de
propagation.
On rappelle la formule de la célérité.
|
|
avec :
|
la célérité
de l’onde sismique, en mètre
par
seconde (m·s−1).
Un séisme ayant eu lieu à une date
= 0 est détecté par un
sismographe situé à = 360 kilomètres de
l’épicentre.Le sismogramme obtenu est le suivant.
Détection des ondes sismiques par un sismographe
La mesure des intervalles
et 
permet le calcul des
célérités 
et 
de chaque type d’ondes sismiques.
-
km·s−1 ;
-
km·s−1.
Les ondes sonores ou ultrasonores sont caractérisées par leur fréquence.
Domaines en fréquence
des ondes infrasonores, sonores et ultrasonores
Les ondes sonores sont audibles tandis que les infrasons et les ultrasons ne le sont pas.
On appelle retard d’une onde entre deux
points M1 et M2,
la durée mise par l’onde pour atteindre
le point M2 après avoir atteint le
point M1. On le
note 
et il s’exprime en fonction de la
distance M1M2 et de la
célérité 
de l’onde.
|
|
avec :
|
La mesure du retard entre deux détecteurs d’ultrasons permet de déterminer la célérité des ultrasons.
On réalise pour cela le montage suivant, où les deux récepteurs sont distants de 204 cm.
Dispositif pour mesurer le retard d’une onde sonore
Grâce à un système informatisé de traitement des données, on obtient les mesures suivantes.
Enregistrement des signaux de deux microphones
On peut ainsi calculer la célérité des ultrasons.
- On convertit le retard en
seconde : = 6,0 ms = 6,0 × 10−3 s.
- On convertit la distance M1M2 en mètre : M1M2 = 204 cm = 2,04 m.
- On applique la formule :
m·s−1
Il faut penser à convertir la distance en mètre (1 cm = 1 × 10−2 m) et le retard en seconde (1 ms = 1 × 10−3 s).
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