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Vitesse du son par résonance dans un tube (ouvert aux deux extrémités)

Colonne d’air de longueur fixe, ouverte aux deux extrémités ; le modèle cache la vraie vitesse du son. Réglez l’harmonique n, relevez les fréquences de résonance fₙ (bruitées) et déterminez v par v = 2 fₙ L / n, en moyennant les estimations.

Collège–lycée· 26 min·Simulation voisine: Ondes et sonTube de résonance

Objectif

Déterminer la vitesse du son v dans l’air à partir de la condition de résonance d’un tube ouvert–ouvert fₙ = n v / (2L), en utilisant plusieurs harmoniques n et la moyenne des vₙ = 2 fₙ L / n.

Matériel

  • Tube de résonance (ouvert–ouvert), L = 1,1 m
  • Excitation sinusoïdale / lecture de la fréquence (modèle)
  • Sélecteur de l’harmonique n

Expérience

Théorie

Pour un tube ouvert aux deux extrémités, les extrémités sont des nœuds de pression ; les ondes stationnaires admissibles ont pour harmoniques fₙ = n v / (2L), n = 1, 2, 3, … D’où v = 2 fₙ L / n. Chaque mesure de fréquence comporte une petite incertitude de lecture, simulée par le modèle.

Mode opératoire

  1. Montage : longueur fixe de la colonne L = 1,1 m (sur la fiche), les deux extrémités ouvertes — le régime « ouvert aux deux extrémités » du simulateur associé.
  2. Réglez le rang de l’harmonique n avec le curseur (plusieurs n distincts, à partir de 1).
  3. Cliquez sur « Enregistrer la mesure » : le tableau reçoit (n, fₙ) ; un léger bruit d’accord s’ajoute à la fréquence.
  4. Recommencez pour au moins 5 harmoniques distincts, répartis uniformément sur l’intervalle de n disponible.
  5. Pour chaque ligne, le tableau calcule v = 2 fₙ L / n. Le résultat est la moyenne de la colonne v.
  6. Comparez à la vitesse de référence du son dans l’air et formulez la conclusion.

Conclusion

La vitesse du son moyenne s’accorde avec la valeur de référence dans les limites de la tolérance. Principales incertitudes : accord et lecture de fₙ, absence de corrections d’extrémité et idéalisation d’une colonne d’air homogène à température ambiante.