Matériel:

 

• Une règle graduée d’un mètre

• Un thermomètre

• Un oscilloscope

• Un générateur

• Un émetteur et 2 récepteurs d’ultrasons

• Objet reflétant les ultrasons :

                               - Un papier aluminium

                               - Un morceau de plastique

 

 

 

Fonctionnement du matériel:

 

L'oscilloscope va nous permettre de visualiser les ondes ultrasonores.

L'émetteur va émettre des ondes ultrasonores qui vont se réfléchir sur un objet.

Le récepteur servira à enregistrer leur écho.

Ce dispositif permet donc d'évaluer la distance entre l'émetteur et la paroi.

 

 

 

Mise en place du matériel:

 

• Placer l’émetteur à 0 cm à coté de la règle graduée. Placer un récepteur à une bonne distance pour pouvoir calculer le retard facilement et l’autre à coté de l'émetteur.

• Réaliser les branchements entre l'émetteur, les récepteurs, le générateur et l’oscilloscope.

• Placer un objet reflétant les ultrasons à une distance précise mesurée grâce à la règle graduée (30cm ou 50cm)

• Mesurer la température ambiante à l’aide du thermomètre.

 

 

 

Protocole:

 

• Mettre en marche le générateur.

• Comme nous désirons connaître le temps que mettent les ultrasons pour parcourir la distance fixée avec la règle graduée, et pour un matériau déterminé, il nous faut regarder l’oscilloscope pour avoir ce temps. Nous pouvons déterminer ce temps en regardant le nombre de carreaux qui séparent de l’arrivée de l’onde sur le premier récepteur et sur le deuxième.

• Puis comme le but de l’expérience est de confronter les distances mesurées avec celles calculées, nous effectuons des calculs de distance.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Calculs:

 

Nous savons que d = (vitesse x temps)/2 car l’onde effectue un aller/retour. Donc pour avoir seulement l’aller il faut simplement diviser par 2.

 

 

Calculons d’abord la vitesse.
La vitesse d’un ultrason se calcule à l’aide de différents facteurs, la masse volumique de l’air (Y=1.4), la température en kelvin (T(K)=T(°C)+273.15) et la constante spécifique de l’air (Z=281.8 Joules.Kg⁻¹).

La vitesse du son se calcule donc grâce à la formule  V =√(YxZxT). On utilise la température ambiante qu’il faisait au début de réalisation de l’expérience: 21,9°C. Cependant la température a varié durant l’expérience.

 

Pour avoir la température en Kelvin

T= 21,9+273.15

T= 295,05 Kelvin

 

Donc: V=√(1,4 x 281.8 x 293.15)

V= 340,1 m/s

 

 

 

 

Ainsi avec le temps aller retour de l’onde observée,

on peut en déduire la distance.

 

 

On calcule la distance entre l'émetteur et l’objet grâce à nos résultat sur la vitesse des ultrasons et à la formule:

V = d / t

d= V x t / 2

V : la vitesse des ultrasons calculée 340m/s dans l’air

t: le temps entre l’émission et la réception des ultrasons

d: la distance calculée par le capteur

 

 

Nous avons réalisé tous ces calculs sur un tableur:

 

• Puis, nous calculons la marge d’erreur qui fait se confronter la distance mesurée et la distance calculée en faisant: Ecart relatif= [(distance calculée - distance mesurée)/distance mesurée] x 100

 

• Nous avons ensuite reproduis cette démarche à des distances (30 et 50cm) et à des matériaux différents (aluminium et plastique)