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Protocole expérimental sur la vitesse du son en fonction de la température
Compte-rendu de l’expérience du jeudi 29 novembre 2012Ce compte-rendu a été effectué par un autre groupe de TPE, avec la participation d’un de nos membres.
Objectifs : après avoir mesuré expérimentalement la vitesse du son dans le laboratoire (à une température ambiante de 20 degrés) nous voulons savoir si la température est un facteur de variation de celle-ci. Rappel de la valeur trouvée : environ 290 m/s à 20 degrés.
Principe de l’expérience : mesurer le temps que met le son pour franchir différentes distances en
extérieur (7 degrés) avec un émetteur à ultrasons et un récepteur reliés à un oscilloscope. Matériel :
- un oscilloscope
- un générateur
- un émetteur à ultrasons et un récepteur
- un mètre et un thermomètre
- (…)
Les résultats de nos différentes mesures sont donnés dans le tableau suivant :
Nous préférons prendre plusieurs mesures étant donné qu’il peut y avoir de nombreux facteurs d’erreur liés à la précision de l’expérience comme la lecture sur l’écran plus difficile en extérieur. L’émetteur et le récepteur sont donc successivement placés à des distances variant de 15 cm à 80 cm.
Le graphique ci-dessus montre les valeurs mesurées du temps en ms en fonction de la distance en cm. Etant-donné que le temps est théoriquement proportionnel à la distance, nous avons tracé une courbe de tendance qui montre que malgré quelques écarts, les résultats sont plutôt cohérents puisqu’aucun point n’est vraiment éloigné de la droite.
Facteurs de variation pouvant expliquer les imprécisions : on observe une fluctuation des températures entre 7 et 9 degrés (nous avons quand même essayé de prendre toutes les mesures à 7 degrés) de plus le vent semble interférer avec les variations (au niveau de l’axe des ordonnées) en rendant la lecture plus difficile.
Le calcul de la vitesse moyenne du son permet d’obtenir le résultat suivant :
V = 256m / s
Conclusion : bien qu’assez bas, ce résultat peut être considérer comme satisfaisant puisqu’il est inférieur à celui trouvé en laboratoire et nous permet ainsi que la température constitue un facteur de variation de la vitesse du son. En effet, lorsque la température diminue, la vitesse du son également. Dans le cadre de l’aviation supersonique, ce résultat montre que la vitesse du son ne sera pas la même au moment du décollage qu’au cours du vol. La vitesse à laquelle l’avion supersonique franchit le mur du son (Mach 1) dépend donc de la température.
The International Standard Atmosphere (ISA)
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