Effet Larsen versus Castafiore.
Contents
1. Casse sous traction y 223 D1Ln x 637 03 13 15 17 19 21 23 25 27 A 31 AA 5 serie de verres Remarque La courbe de tendance ne nous parle pas Mais est elle utile D apr s nos tests la casse est al atoire Elle semble d pendre de la fabrication car nous avons travaill avec des verres neufs qui sortaient tous des cartons On suppose que selon leur fabrication chaque verre poss de des nanofissures plus ou moins nombreuses ou plus ou moins grandes et c est pour cela qu ils casseraient au bout d un temps al atoire 52 REMERCIEMENTS Notre partenaire ARC INTERNATIONAL Notre partenaire Le Studio du Bras d Or Notre partenaire JEULIN Et M Yves PHILIPPE Responsable Service March s Soci t Jeulin SA LENS de CACHAN D partement de Physique Jean Batiste DESMOULINS P R A G Pour ses changes simples et chaleureux M Vandenbergues David pour le pr t de son ampli de 400W RMS MM Cornette Christophe et Fichaux Hubert Pour leurs soutiens techniques et mat riels La Commune de Saint L onard pour le pr t d une salle de classe durant les vacances de No l Le directeur de l cole La que AURORE et les dames de services pour leurs accueils sympathiques M Jean Marc PIWINSKI proviseur adjoint du Lyc e Branly M Eric FOUCHOU LAPEYRADE Intendant du Lyc e Branly M Olivier BURIDANT professeur de S Physiques a2. 2007 2008 OLYMPIADES LL de PHYSIQUE TT LYC E BRANLY BOULOGNE sur MER Larsen VS Castafiore 2007 2008 Thomas Delattre Geoffrey Pruvost NOS PARTENAIRES INTEARNATIGHAL Zone industrielle RN 43 62510 ARQUES France T l 33 0 3 21 12 74 74 Fax 33 0 3 21 12 74 10 STUDIO BRAS D OR DIVISION AUDIO PRO 11 Rue Jules Huret 62 200 BOULOGNE SUR MER http www sboaudiopro com Tel 03 21 31 28 52 Fax 03 21 33 57 43 Nous nous sommes int ress s aux Olympiades de Physiques car l ann e derni re de nombreux groupes y ont particip s Nous avions collabor s avec le groupe des verres de cantine Un verre a passe ou a casse a des manips devant le foyer Il y avait beaucoup de monde qui regardait mais pas beaucoup de monde qui voulait faire la manip devant les autres Laura et M lanie devait aller chercher les l ves un par un pour participer alors nous y sommes all s car elles avaient peine leur compte de simulations 100 simulations au bout de deux jours et finalement cela nous a bien plu de faire de la physique comme a et de loin nous avons suivi les avanc s du groupes tout au long de l ann e Cela semblait prendre du temps mais ils avaient l air de bien s amuser alors nous nous sommes dit que l on allait le faire aussi l ann e suivante Au Lyc e tout le monde sait qu il est possible d aller faire un tour au labo de Physique le mercredi apr s midi car c est
3. eel Pe a MES O D NO o eoj sel oj es 929 EE 9 912 oos 89 973 so 052 if 08 4 o o oo ses GE oo oo RI ss o oo oo sg oo Profondeur en Profondeur en Longueur en m Longueur en m Profondeur en Profondeur en Longueur en m los Cas eer re NES pas os NINE of ss of so sol ees of ase EE EZ oO En RE MEE Wa el Longueur en m los las es ass ass Le ma aa EER os MAA seg of seg Bol eer sol ses ol ss EE JE ses oO RE MEE Wa o Angle en 39 Angle en 20 Angle en 40 Angle en Angle en 80 Angle en 90 Profondeur en pr Profondeur en Profondeur en Profondeur en Profondeur en pu Profondeur en da m m m m m m Pen Pen Pen Longueur en m dB Longueur en m dB Longueur en m dB Longueur en m dB Longueur en m dB Longueur en m dB ol 91 5 M ol 915 ol 91 5 A 0 eis N 0 91 5 olas 89 3 89 7 88 7 86 7 84 7 87 4 88 4 90 3 84 7 79 5 84 8 87 5 90 3 83 9 87 3 88 8 83 1 86 4 86 1 86 3 O ol O 60 Oo 60 Oo 60 O 60 O 60 3 ooo 80 ooo 80 ooo 80 oo 80 ooo 80 oo 80 A 90 A 90 O 90 NN ol NN 0 A e O Angle en Profondeur en m Angle en Profondeur en m Angle en Profondeur en m Angle en Profondeur en m Angle en Profondeur en m Angle en Profondeur en m dB dB dB dB dB dB Longueur en m Longueur en m Longueur en m Longueur en m Longueur en m Longueur en m D N 5 lia k D L O 5
4. porte ouverte nous nous sommes venus car nous avions pens depuis un moment un sujet proposer Nous avons pr sent notre sujet M Buridant et M Lancel et la pas de chance un groupe en 2005 avait d j choisit le m me Le groupe de Vitrolles La Castafiore Casser un verre avec un son apr s quelques minutes de recherches dans l armoire rang dans le plus grand compartiment D Divers Machins qui Servent ou qui pourraient Servir il nous a ressorti le DVD ODP 2005 en nous disant que le dossier papier tait sur le site des Olympiades Nous n avons pas trouve le dossier sur le site et M Buridant ainsi que M Lancel en riant tous deux nous ont trait s de Boulets Ils ont cherch eux m mes et ils n ont pas trouv non plus Par pure sympathie nous ne d velopperons pas plus sur l hilarite des boulets En fait le dossier ny est pas du tout Perdu C est lors du visionnage du DVD que nous nous sommes aper u que l quipe n avait pas r ussi briser le verre et nous avons donc d cid avec l accords des profs de continuer sur notre id e de d part car nous en avions tr s envies Tout le monde conna t la c l bre Castafiore et son fameux organe vocal qui lui vaut le surnom de Rossignol Milanais Ce personnage de Tintin invent par Herg tait capable de casser un verre et les oreilles par la seule force de sa voix Mais ce ph nom ne peut il tre reproduit en dehors d une BD et par
5. uvre du test de casse a t effectu e avec un protocole serr donc si il existait un verre moyen il serait apparu probablement 41 Est il possible de casser ce type de verre avec un Larsen S rement peut tre probablement vraisemblablement C est encore d monter experimentalement et c est la tout le plaisir des Olympiades En tout tat de cause la Castafiore peut toujours pousser son contre ut dos car nos verres sont de v ritables fl aux cordes vocales Toutefois une voix d op ra atteint facilement les 120dB http aune lpl univ aix fr Ipl personnel scotto articles portee pdf 42 Comment casser un verre au Lyc e mode d emploi Nous donnons notre maniere de faire il en existe d autres Cette manip se compose de trois parties avec deux manipulateurs 1 partie Il faut Un ordinateur le logiciel winoscillo un micro pour la prise de son fr quence de r sonance un marteau caoutchout diapason R gler winoscillo sur spectre F 3 ou clic droit sur la boite de r glage le premier manipulateur frappe le verre et le second fait l acquisition avec Pause On pointe au curseur vertical ctrl V ou clic droit sur la boite de r glage 2 partie Il faut CASQUES OBLIGATOIRES Un ordinateur le m me mais le plus loin possible du HP les soudures de la CM souffrent le logiciel Audacity dans GENERER puis SON On va g n rer un son de la m me fr quence
6. peu de c blage il est aussi possible d utiliser la sortie arri re de puissance Photo du montage On trouve des fr quences diff rentes entre l acier et l aluminium le son mis lors du passage en r sonance est aussi diff rent Conclusion possible il semble que pour une forme identique la fr quence de r sonance va d pendre de la nature du mat riau Bo te m tallique au repos Bo te m tallique en r sonance On trouve des fr quences diff rentes qui ne sont pas des multiples de la fr quence fondamentale ici cependant on remarque que la resonance est la plus forte avec la frequence du fondamentale Il est fortement probable que c est avec celle ci que nous allons devoir travailler pour clater notre verre B Les propri t s du cristal En physique verre et cristal sont des termes oppos s un verre d signe un mat riau avec une structure amorphe alors qu un cristal d signe un mat riau avec une structure cristalline Le terme verre en cristal est donc mal appropri Dans une structure cristalline chaque mol cule est assembl e de fa on obtenir un assemblage r gulier et ordonn alors que dans une structure amorphe les mol cules sont assembl es de fa on anarchigue Repr sentation graphique 2 dimensions d une structure cristalline 10 Repr sentation graphique 2 dimensions d une structure amorphe Le verre est constitu essentiellement de silice SiO2 dans le
7. sonance la forme du verre est simplifi e et les d formations ne sont pas repr sentatives de la r alit Quand on fait vibrer un verre sa fr quence fondamental on observe des ventres et des n uds 4 ventres et 4 n uds Mais lorsque l on fait vibrer un verre un harmonique il para t que l on peut observer 6 ventres et 6 noeuds ca nous n avons pas r ussi le voir 19 2 M thode pour mesurer la d formation dans un m me plan un diam tre On utilise encore de l optique on place deux rayons laser des trajectoires tangentielles du bord du verre de fa on obtenir 2 rayons r fl chis Les 2 rayons frappent un cran voir sch ma ci dessous Rayon laser laser r fl chi 1 Bord du verre Emission Laser Sch ma du dispositif On mesure avec un pied coulisse le diametre d1 du verre On note l cart D1 entre les 2 points lumineux de l ecran Puis on place un haut parleur afin de faire vibrer le verre Les bords du verre vont osciller et les rayons laser r fl chis vont tre d vi s et donc d cal s sur l cran On note D2 le nouvel cart entre les 2 points lumineux Par un simple produit en croix on peut donc conna tre d2 le diam tre du verre lorsque celui ci vibre Soit la relation Mu donc d2 EO En comparant dl et d2 on a donc une id e de la valeur de la d formation du verre C t pratique nous obtenons une bouillie de rayons r fl chis et diffractes Pas de vraie
8. A gauche oscilloscope classique droite oscilloscope m moire 14 e L outil informatique Audacity et WinOscillo Pour plus de pr cision dans nos mesures nous avons fait appel de simples outils informatiques tonnement plus pr cis et surtout plus pratiques Apr s quelques recherches nous avons trouv notre bonheur deux petits logiciels respectivement nomm s Audacity et WinOscillo Ces deux logiciels sont gratuits www winoscillo com et www framasoft net article1039 html En proc dant de la m me maniere qu avec les oscilloscopes nous pouvons directement enregistrer et traiter nos r sultats beaucoup plus pr cis ment Nous obtenons tout d abord le signal de notre verre de type sinuso dal puis nous appliquons l analyse de Fourier nous permettant d obtenir un spectre de ce signal et d identifier la cr te fondamentale la plus grande correspondant la fr quence de resonance approximative ainsi que les harmoniques A notre tonnement apr s avoir r p t l experience sur plusieurs verres nous avons remarqu que leur fr quence de r sonance approximative n est pas la m me il faut donc n cessairement r obtenir cette fr quence de r sonance approximative chaque fois que nous changeons de verre Signal d un verre de cristal l aide de WinOscillo Spectre du signal d un verre de cristal l aide de WinOscillo 15 2 Affinage des fr quences obtenues une n cessit absolu
9. O OO CO gt 2 D 5 OIL 22 UD p lo TT ae do E D lulu 00 O 0 O1 I D o R gt 3 D 5 OIS OO TU TU SIN oo oo 00 O D a lo lolo Por AIN 3 O 2 2 o VD 5 S S o VIE or Oo On Wim lo vilo 0 ol eis ojas oj oast 0 0 91 1 90 3 87 7 89 9 88 8 89 4 88 8 87 4 88 9 84 89 1 87 5 86 9 83 9 87 9 87 1 85 6 84 3 82 6 85 8 86 4 85 3 ol zas 60 eo 60 85 5 60 83 8 60 83 3 o 80 a o 80 o 80 8 80 90 90 90 90 90 PRISES CHRONOLOGIQUES EN TRACTION verre 2 cartons neufs temps en seconde AID al 842 N LOJ RE A 485 hr 8 1 9871 1 EN e 1 4 1 1 1 AI A a AA ASS a A A 278 1 11 Casse imm diate o a ooo tica 64 1 o a Oaa 1 plus de 15 28 Pas de casse minutes A a 29 30 stel an oal o aal aas o aal oal y o aal Oal ask er ae per N O Casse imm diate Casse imm diate N dl ESSAIS de CASSES sous TRACTION MOYENNE MEDIANE EcMoy EcTyp 249 97 222 00 173 97 200 89 604 quartile 510 65 5 BA 222 AA 415 5 419 K LAS quartile 412 3 4 342 E 27 6 320 lg 8 9 222 7 m diane A quartile Moyenne 250 cart moyen 174 cart type 201 51 temps en seconde 400 300 200 100 Lj li II N 0 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35
10. a cass plus rapidement que dans l exp rience 2 quelques secondes par rapport a 12 5 minutes En r alit nous penchons plut t pour une sorte de somme nerg tique de fatigues peu pr s gale mais plus rapide mais il faudra le v rifier Toutefois il semble que c est le manque d intensit sonore qui nous a emp ch de casser les verres jusqu pr sent Pourquoi alors que la fatigue tait aussi pr sente lors des manips ant rieures Ill Pr c demment nous avions laiss pulser un verre pendant de 30 minutes Apr s cette r ussite nous avons essay de recasser un verre cependant nous nous sommes aper us que l amplificateur saturait puis sauto coupait Tant mieux car ce jour la on l aurait s rement cass d nervement mais c t verre nous n avons plus rien cass La s ance suivante nous avons donc plac un rh ostat r gl sur 8 2 la m me imp dance que le haut parleur sur l autre voie de l amplificateur afin d quilibrer les sorties Malheureusement cela a provoqu la casse de notre haut parleur car notre ampli lib rait maintenant trop de puissance Il y a des jours ou N ayant plus de haut parleur aussi puissant nous avons d arr ter nos experiences sur cette voie Nous allons donc en explorer d autres en attendant de trouver un autre HP Tant qu il y a du temps il y a de l espoir Mais quand m me il tait beau notre HP 5 L autre voie Mise en vibration d une plaque de
11. dB Longueur en m dB Longueur en m dB Oo o U oge 0 1082 0 108 25 ol 90932 of 103 2 YA 11 10 Mal 10 999 90 9014 ofz 10 1015 ao ol gaj 20 978 ao Mol 20 t105 20 1008 a pl 30 Mil 30 Mol 30 Ms 30 mal 30 956 A 40 mal JJ 40 MIDZI 40 aas 40 857 40 859 sol po sol eze 50 asa 50 PROBp 6 s 0 PROB 50 882 a eoPROB 16 eoPROB 60 1 eoj e80 PROB O BN oo SEE 7 NN o EE Oo NN 70 ao y 80 ACC aj 1 61 goj eo y A A I oj eo vj wo 00 I DD tool pp to pop to En to py 100 oj 100 46 L O Angle en Angle en Profondeur en Profondeur en m 0 4 m 0 4 Pen Pen Longueur en m dB Longueur en m dB ol 95 9 O 99 95 5 92 9 95 2 92 6 89 9 90 4 88 1 90 1 76 8 88 9 Oo y Oo 60 Oo Bo 8 go 90 N O Angle en Profondeur en m Angle en Profondeur en m dB dB 95 6 92 7 90 8 88 6 86 1 85 3 76 7 Longueur en m Longueur en m 10 20 30 40 50 E o O EE UU UU mix METI ss oz ass er ee x Nuu gt ume A gt 100 A O Angle en Angle en Profondeur en Profondeur en m 0 4 m 0 4 Pen Pen Longueur en m dB Longueur en m dB O o self ol 959 92 4 93 9 91 3 90 5 88 7 88 7 86 2 60 84 oo o 7 oo 80 oo 80 A 90 o 90 D O Angle en Profondeur en m Angle en Pro
12. dispositif acoustique concern une auto amplification On obtient notamment par la mise en place d un metteur amplifi ex haut parleur enceinte et d un r cepteur ex microphone de syst me audio proximit l un de l autre Le son mis par l metteur est capt par le r cepteur puis retransmis amplifi l metteur cr ant ainsi une boucle d amplification Cette boucle produit un signal dis auto ondulatoire qui augmente progressivement en fr quence et en intensit jusqu atteindre les limites du mat riel utilis saturation avec le risque de l endommager ou m me de le d truire Ce ph nom ne est particuli rement fr quent dans tout syst me de sonorisation conference concert t l phone avec haut parleur proth se auditive et produit un sifflement tr s aigu Son utilisation n cessitera l utilisation de casque de protection La fr quence du son r sultant d pend des fr quences de r sonance des composants lectriques et lectroniques du syst me audio de la distance s parant metteur et r cepteur des propri t s acoustiques du lieu d coute et du caract re directionnel du r cepteur Il peut aussi donner un son ondulatoire dans un syst me o l metteur et le r cepteur introduisent un d lai entre le moment o le son est per u et le moment o le son est mis par exemple deux t l phones en communication et proches Dans notre projet nous comptons utiliser cet effet afin de
13. faire clater un verre de cristal En effet auto amplification du son mis suite un l ger choc sur le verre de cristal doit provoquer la mise en vibration de ce dernier la d formation du verre et terme le faire probablement clater Mais avant de commencer avec le larsen 1 il faut en apprendre plus sur nos verres et donc commencer par tudier ce que nous voulons briser 2 Il nous semble techniquement indispensable de le briser sans larsen 13 II Mesure de fr quences 1 Obtention de fr quence 3 Avec un oscilloscope classique Afin d obtenir les fr quences de r sonance approximatives des verres que nous souhaitions faire exploser nous avons tout d abord utilis un oscilloscope classique reli un GBF lui m me reli un microphone ce dernier permettant de capter le signal d un verre ayant subit un choc l ger mais il tait impossible de figer les r sultats obtenus Oscilloscope classique Avec un oscilloscope m moire Nous nous sommes alors tourn s vers un oscilloscope m moire capable d enregistrer nos r sultats nous permettant ainsi une meilleure approximation de la fr quence de r sonance de notre verre L inconvenient de l oscilloscope reste son impr cision pour obtenir une l y valeur approximative de la frequence nous utilisions la formule F 7 apres avoir soigneusement compt les carreaux mais la methode donne vraiment de trop mauvais r sultats
14. fait l affaire 16 III Application 1 Experience 1 mise en resonance du verre deformation du verre Mat riel verre en cristal Ordinateur logiciel WinOscillo et Audacity Haut parleur puissance mod r e car nous voulons simplement faire vibrer le verre Pendule Stroboscope Fr quence de r sonance du verre tudier Lorsque nous avons d but le projet en cherchant casser le verre nous nous sommes rendus compte en touchant le verre du doigt que celui ci vibrait et se deformait ce qui est normal car le verre est un mat riau lastique Toutefois cette d formation n est pas visible l il nu car la persistance r tinienne de l il fait que nous ne percevons pas le mouvement du verre qui est trop rapide la persistance r tinienne d une image est d environ de seconde soit 10 images par me seconde cependant nous trouvons des fr quences pour nos verres entre 750 et 850Hz ce qui repr sente 75 85 images par seconde durant la persistance retinienne Il nest donc pas tonnant que nous ne percevions rien l il nu Nous avons donc cherche des m thodes pour observer cette d formation 17 Premi re m thode C est la m thode vue plus haut En pla ant un pendule tr s l ger contre la paroi du verre nous avons constat que le pendule s agite des oscillations de quelques mm une douzaine de centim tres im Photographie du pendule au repos L agitation du pendule ta
15. fv que le max du spectre On relie la sortie son de l ordinateur un ampli si on n a pas d ampli un GBF peut faire l affaire mais dans ce cas peu de chance de casse On relie l ampli au HP Si vous pouvez avoir un HP compression HP d ext rieur c est le top Il est absolument n cessaire d affiner la fr quence initiale obtenue avec Winoscillo On place le verre sur une plaque de mousse et le plus pr s possible du centre du HP Le pied du verre doit poser sur un support en mousse Un pendule l ger celui de l lectrostatique fait l affaire On suspend le pendule un support la boule pose d licatement sur le bord du verre On envoie diff rentes fr quences autour de fv Il est inutile de pousser le son fond en phase de test Lorsque la fr quence de r sonance est atteinte vous allez le voir tout de suite Le pendule est projet dans tous les sens et tr s violemment 39 partie Mat riel idem seconde partie On place le verre devant le HP d une distance correspondant environ au tube de plomb On envoie et on pousse le son le verre ne vibre pas trop car il est trop loin du HP On amene le guide d onde entre le verre et le HP au niveau du buvant en haut du verre Le verre entre en resonance et au bout de quelques secondes il se brise Un clairage au stroboscope est vivement conseille car en plus c est tres beau enfin c est tres surprenant m me lorsque l on conna t la fin Nous on ne S en las
16. quels autres moyens peut on y arriver I G n ralit s et th ories sur les ondes sonores 1 Les ondes sonores d finition 2 Fr quence et p riodicit 3 Le ph nom ne de r sonance et les propri t s du cristal 4 Le Larsen II Mesures de fr quences 1 Obtention de fr quences 2 Affinage des fr quences obtenues III Application 1 Exp rience 1 Mise en r sonance du verre 2 M thode pour mesurer la d formation dans un m me p an 3 Exp rience 2 Mesure des forces extensives exerc es sur le verre 4 Deux casses Enfin un verre mais aussi notre HP 5 L autre voie Mise en vibration d une plague de verre rectangulaire pour d terminer une estimation du module de Young dun verre plat 6 La fatigue du verre 7 Notre nouveau haut parleur est enfin arrive 8 Augmentation de l intensit sonore 9 Confection empirique dun canalisateur de son Conclusion Comment casser un verre au Lyc e mode d emploi IV Annexes Remerciements Syntheses I G n ralit s et th ories sur les ondes sonores 1 Le son D finition Le son est une perturbation appel e onde m canique progressive L onde montre une seule fr quence C est une onde m canique car celle ci provient enregistrement au cours du d une d formation d un milieu mat riel Lorsque temps d une onde sonore a ie ce milieu est lastique il reprend sa forme apr s le passage de la perturbation C est une onde de type longitud
17. riodicit temporelle d une onde progressive est la plus petite dur e au bout de laquelle un point du milieu de propagation se retrouve dans le m me tat vibratoire La p riodicit spatiale La p riode spatiale d une onde m canique progressive est la distance constante s parant deux motifs identiques cons cutifs Elle est not e A La p riode spatiale est la distance de propagation d une onde pendant une p riode temporelle deux points s par s d une p riode spatiale ont le m me mouvement au m me instant b Ondes progressives sinuso dales La p riode temporelle est not e T la p riode et la fr quence de onde sont impos es par la source La p riode spatiale d une onde sinuso dale est appel e la longueur d onde not e A elle repr sente la distance de propagation de onde pendant une p riode temporelle T C est donc la plus petite distance mesur e dans une distance de propagation s parant deux points en phase A longueur d onde v vitesse de propagation de onde T p riode temporelle de l onde 3 Le ph nom ne de r sonance et les propri t s du cristal A La r sonance Chaque syst me a une fr quence propre ou fr quence naturelle quand on excite ce syst me a cette m me fr quence on observe un ph nom ne de r sonance il y a une forte augmentation de cette excitation La fr quence propre est en fait la plus petite fr quence laquelle on peut observer ce ph nom ne on appelle ce m
18. sable et de fondants qui servent faciliter la fusion pour faire du cristal on ajoute du plomb teneur lev e exemple Cristal de Boh me 24 de plomb le minimum pour pouvoir l appeler cristal le cristal de Baccarat 31 7 Le cristal est donc un verre globalement normal mais plus brillant et plus dur De plus le cristal rend un son plus pur que le verre l onde ressemble une sinusoidale Scop SCIE Enregistrement dun son dun verre en cristal avec le logiciel WinOscillo 11 Enregistrement du son dun verre courant avec le logiciel WinOscillo C est d ailleurs en faisant chanter un verre c est dire en tournant lentement un doigt humide sur le bord du verre qu on peut diff rencier verre et cristal le cristal entre en r sonance facilement par une alternance mouvements de type coller ou stick et de type glisser ou slip et produit un son tr s clair Pour un verre courant mais fin l op ration est nettement plus difficile Avec ce son il est possible de mesurer la fr quence fondamentale du verre En r alit par la suite nous mesurerons cette fr quence en frappant le verre avec un marteau diapason voir m thode page 16 12 4 L effet Larsen Mat riel utilis ici ampli de guitare 15W L effet Larsen ou feedback est un ph nom ne physique de r troaction acoustique d couvert par le physicien danois Soren Larsen C est dire que cet effet produit sur le
19. Olympiades sont pour moi une exp rience tr s int ressante et tr s enrichissante et je continuerai avec plaisir dans cette voie 55
20. aideur d un ressort La loi de Hooke s exprime alors sous la forme o b e La loi est valable pour l tirement ou la compression d une pi ce les autres dimensions tant libres de 12 s tendre IP erreur est ici il faut comprendre tirement allongement en 2D et non tirement en extension d la flexion 3D voir bas e est sans dimension Nous avons mesure lo la dimension de la tache et F Nous en d duirons e et o en sachant que le O calcul est le double de l angle sur la plaque Les angles tant petits la longueur de la tache sera directement divis e pare 27 Nous ne prendrons pas un arc de courbure pour L mais la plaque tant mince elle sera assimil e un objet sans paisseur donc uniquement une ligne neutre qui s allonge sous la contrainte lo L cran 2968 mm F 3N longueur de la tache 14 1 mm demi L 7 05mm Apr s deux casses au serrage Lame lo 44mm qui d passe On pose tan A donc re 0 0023753 radian Pour la lame L L 44 0001241293 coso Aire initiale 44 x 26 1144mm aire sous contrainte 1144 0033mm Calcul de e 2 2 821 105 Calcul de o 2622 Pa S 114410 S 2622 8 d o le E soit un estimatif de E 9 93105 P f 2 821 10 i L ordre de grandeur n est pas atteint car les valeurs de E sont aux alentours de 7 8 10 Pa mais le r sultat est acceptable aux vues des quelques raccourcis un peu cavalier a ce sont des paroles d
21. ant l int rieur du tube avec un micro reli un oscilloscope et un sonom tre On s est rendu compte que celui n tait pas efficace et ne canalisait pas le son Protocole le sonom tre est r gl pour garder affich le niveau sonore maxi dBmax En effet dans un tube il devrait se produire une augmentation de l amplitude de l onde au niveau de A 4 et de 34 4 Mais nous n avons observ aucun changement ces niveaux Nous avons donc utilis des tubes plus fins et r alis un protocole exp rimentale on a mis en place un pendule qui touchait le verre celui ci tait mont sur un plateau r gl au niveau de la sortie du tube qui glissait le long d un rail Ensuite on gradu une r gle tous les A 4 de la longueur d onde de l onde A vitesse du son fr quence du verre 345 818 z 0 42m 42 cm soit 42 4 10 5 cm pour pouvoir placer le plateau la bonne distance de la source Rien de vraiment concluant dans ces diff rents cas de figure Les verres cassent mais de maniere toujours tres aleatoires 38 9 Confection empirique d un canalisateur de son Les verres cassant toujours de mani re tr s al atoire il fallait absolument trouver une solution pour pouvoir passer l tude avec larsen Nous avons donc t tonn et fini par trouver une forme qui permet une casse tous les essais Pour confectionner les diff rentes formes nous avons choisi de prendre deux feuilles de plomb forme du d
22. de fatigue permet de cr er des micros fissures un peu partout dans le verre ce qui explique que le verre casse de toutes parts y compris au niveau du haut du pied et non au niveau des crochets voir chronophotographie d une casse ci dessous L IS 1 ko A E timo 77 gt y Th ne mil 2 m i 11 vi IN de 3 F J i ku l j T p 3 k mie li di LE Lv a E f E N 1 ES j i F y d h 4 i T UUUU E E E EU E E E E E E E EU E E E um um um uu EE na eu b Mu i Mu E E N pan M Hain DUVAL de l Etablissement b E r Chronologie de la casse d un verre soumis des forces de traction sym triques 22 4 Deux casses Enfin un verre mais aussi notre HP sniff Le projet avan ant ENFIN grand pas et tant parvenu faire vibrer un verre mais pas le casser nous avons mis l hypoth se que notre nouveau haut parleur 200W subisse d ventuelles perturbations sonores interf rences afin de r duire au maximum ce risque et dans un soucis de structure de notre projet nous avons d cid de fabriquer un caisson de bois isol par du polyur thane et sur lequel est fix notre haut parleur Quelques photos de la construction Photos de la construction du ch ssis en bois du caisson Les plaques d isolant ont t plac l ext rieur du chassis pour limiter les fuites sonores en effet si les plaques sont plac es l int rieur le c
23. e Une fois le signal et le spectre de notre verre analys partir de WinOscillo nous obtenons une fr quence de r sonance approximative de notre verre Pour affiner celle ci le logiciel Audacity est tr s utile En effet ce logiciel permet aussi la g n ration de son la fr quence voulue directement par la sortie casque dun ordinateur Pour affiner nos r sultats il nous a donc fallu bombarder notre verre avec uh son caracteristique de la frequence de resonance obtenue precedemment dans nos analyses puis effectuer un balayage des Affinage des fr quences avec Audacity valeurs proches de cette fr quence afin de trouver une valeur approch e pour laquelle notre verre vibrait le plus Comment d terminer facilement et visuellement la meilleure fr quence Pour ce faire nous avons labor un petit pendule constitu d un morceau de mousse enroul dans du papier aluminium le tout suspendu un fil de couturi re fix un support Il ne nous restait plus qu observer le comportement de notre pendule une fois celui ci accol notre verre la simulation pouvait commencer Plus le verre vibre plus le pendule gagne en amplitude lors de ses rebonds sur le verre partir de l il est ais d valuer et d affiner visuellement la fr quence de r sonance du verre C est facile cela ne co te pas grand chose sinon pas mal de patience Pour affiner la fr quence un petit HP ici HP d ordinateur
24. e profs des raccourcis cavaliers des raccourcis un peu forts mais on est d accord Attention ici ajout d un correctif apr s la finale Le rapporteur du dossier lors du Jury final nous a signal que notre calcul tait faux dans sa conception nous nous sommes donc mis la recherche de la bonne m thode de calcul en gardant le m me principe de d formation pour obtenir une nouvelle valeur du module de Young Nous croyons avoir trouv notre bonheur L ENS de Cachan dans Etude d une poutre de module d Young E D termination du module d Young et relation avec les fr quences de r sonance Texte complet suivre ce lien http www physique ens cachan fr pagregp enseignement elec expY oE9riences youngres pd ONS de Physique TATHAN 28 Voil nos nouveaux calculs en vert Nous gardons videmment le m me angle pour Q soit Re 0 0023753 radian 2968 1 le 1 JE en r f rence air 12 72 u e paisseur L longueur et u masse volumique 2500kg m On peut extraire E car on conna t le fi fi 210HZ apr s triturations math matigues Lami TE hd di TEXAS INSTRUMENTS E qe suo e rn Fr Y gt f ss TEE DLE EL TITIO EN ale lr em RE TE eu E est estim environ 6 15 107 Pa ce qui est tr s tr s d cevant Par contre si nous utilisons page7 du pdf de Cachan la contrainte de 3N appliqu e pour retrouver la m me d viation nous obtenons
25. en 80 Angleene PA WE Me N A l j ES Pen Pen Pen Pen enm EE en m ET EE en m KT EZ enm ETT O N en m TI O en m ECA ae 103 6 103 6 103 61 108 6 IM ss TS E EE EE LAN II MM SE sa o o sof 75 30 89 5 ao 892 ao 889 30 894 ol ol ol 40 res ao Baal ao riz 40 zaak 40 842 So o of so PRB sol 789 so PROB so PROB so PROB ol o eo ol 60 787 o oj eo oO 60 0 oI IN a EIN a IN a Angle en 0 Angle en 20 Angle en 40 Angle en 60 Angle en 80 Angle en 90 Profondeur en aas Profondeur en pru Profondeur en a Profondeur en lado Profondeur en FR Profondeur en l je m 0 2 m 0 2 m 0 2 m 0 2 m 0 2 m 0 2 Longueur en m dB Longueur en m dB Longueur en m dB Longueur en m dB Longueur en m dB Longueur en m dB AA o 1032 oo so EA oo 1032 o 1032 PROB PROB PROB 60 1 eolPROB 60 PROB eolpRos 60 60 AA 7 oi 70 apo ao 1 1 agoj 1 1 aj sol 80 eo go ea pj 90 poi Dj wol f tool pj toy Too vo o 10 100 A A A LJ Angleen 0 Angleen9 20 Angeen 40 Angleen9 60 Amgeene ao Angle en 90 EL Be WE es nero m 0 2 m 0 2 m 0 2 m 0 2 m 0 2 m 0 2 Longueur en m lae MA Lorqueurenm Jos MAN Lorgueurenm fas MA Longueuren m les MM ongvonr nm Jas Pl Longueur en m GB Longueur en m dB Longueur en m dB Longueur en m dB Longueur en m
26. endant nos mesures nous avons eu quelques probl mes qui ont limit etendu de nos mesures lorsqu on tait tr s pr t et plus de 60 cm de hauteur du centre du haut parleur le sonom tre captait le son qui sortait de derri re le caisson nous captions aussi les sons qui rebondissaient sur les murs quand nous tions trop excentres du haut parleur Nous avons donc limit volontairement certaines s ries mesures ce qui explique que les tableaux ne soient pas tous de la m me forme tous les tableaux de mesures sont en annexe Gr ce au logiciel Minitab voici ce que nous avons obtenu L f x y z 0 00 m 35 L f x y z 0 20 m L f x y 2 0 40m 36 L f x y z 0 60 m L f x y z 0 80 m Attention On a en fait pris les mesures d une demi sph re et on a suppos que l autre demi sphere tait identique car sym trique Conclusion 1 Notre haut parleur propage videmment le son dans 3 dimensions mais pas selon une sphere r guliere 2 L endroit o nous posons habituellement ET arbitrairement le verre est un maximum d intensit sonore 37 8 Augmentation de l intensit sonore Canalisation du son guide d onde Apr s avoir tudi la propagation du son nous avons cherch le canaliser afin de casser notre verre coup sur Nous avons donc tout d abord essay avec un tube de 310 mm de diam tre que nous avons plac la sortie du Haut parleur Voici ce que cela donne Mais en explor
27. essus et forme du dessous dont nous pouvons faire voluer la les formes facilement Le r sultat de nos recherches empiriques donne une forme assez bizarre un genre de bec de canard ou d ornithorynque photo de la forme en plomb casse OOOO MM n Le r sultat est au del de nos esp rances les verres ny r sistent pas 100 de r ussite Il tait temps 39 Chronophotographie d une casse Fr quence fix e 838 25 Hz TU UA WI Attention l image en sur impression a t retouch e pour obtenir une meilleure vision de la fracture 40 CONCLUSION Voil il tait temps mais il est trop tard Nous sommes arriv s la finale sans avoir eu le temps de finaliser notre projet avec une vraie casse par effet LARSEN Maintenant que nous poss dons correctement la technique il ne devrait pas y avoir STOP ll nous avons appris qu il ne faut pas vendre la peau de l Ours esp ce prot g loi du 10 07 76 avant d avoir concr tis exp rimentalement une hypoth se et ce n est pas le cas avec le LARSEN Pourquoi Nous avons utilis trop de temps 1 dans nos mesures de traction statiques 2 dans la mesure du son dans le verre que nous n avons toujours pas finalis 3 dans des bricolages agr ables mais d voreurs de temps Que regrettons nous 1 Ne pas avoir pu manipuler le midi et dans les
28. fondeur en m P en dB dB 95 6 93 4 92 9 87 7 80 4 Longueur en m Longueur en m 85 8 O 10 20 30 40 D D IS olo 00 O II or oo No OR se sio OD n U vlo U JJ ole JJ 3 O 0 OD co O O 100 Angle en Angle en Profondeur en Profondeur en m 0 4 m 0 4 Longueur en m dB Longueur en m dB ol sol of 959 86 7 86 7 8 86 3 86 3 o Oo o 60 Eo o 80 o 90 o 90 Angle en Profondeur en m Angle en Profondeur en m dB dB Longueur en m O Longueur en m l 50fPR 10 20 30 40 93 6 91 9 89 8 85 7 10 20 30 95 2 91 ulo TU to do DjA Do co Glo Ola Y Oo D WI Y 00 lO L O CO N L 3 Jie 3 do o Slow gt O o 0 LJ D U lo o O 100 O O 47 Angle en Angle en 20 Angle en 40 Angle en Profondeur en Profondeur en Profondeur en Profondeur en m m m m P en P en P en P en Longueur en m dB Longueur en m dB Longueur en m dB Longueur en m dB o gs o 93 0 98 9 ol 93 90 4 90 4 92 4 92 2 87 6 88 6 91 90 1 83 2 87 1 82 5 88 3 85 7 87 7 Oo Y Oo O O ep 758 60 832 79 9 80 80 80 80 745 o 90 So 90 o Angle en Profondeur en m Angle en Profondeur en m Angle en Profondeur en m Angle en Profondeur en m dB dB dB dB Longueur en m Longueur en m Longueur en m Longueur en m TAI Ple L Bebes L O D D l 2 PO O D l D O
29. h ssis en bois est en contact avec l ext rieur ce qui permet au son de sortir du caisson Si les plaques sont l ext rieur il y a toujours une plaque d isolant entre le son et l ext rieur du caisson Le caisson fini nous avons branch s un nouvel ampli sur le nouveau haut parleur 22 Pour viter une surchauffe suppression du capot Apr s avoir mesur la fr quence de r sonance d un verre nous avons cherch le casser Un premier essai a confirm nos mesures la fr quence trouv e tait bien la fr quence fondamentale du verre car le pendule plac sur la paroi tait tr s excit La d formation tait tr s importante Bien plus importante que lors de nos essais pr c dents Notre montage fonctionnait bien Nous avons donc mont le son et l apr s 2 mois de gal re le verre s est enfin bris Ill Photos de la casse simple sans larsen pour l instant Juste avant la casse nous avons observ une forte d formation du verre qui a commes gonfl mais celui ci na pas pu reprendre sa forme il a atteint la plasticit et s est bris Pour l instant il est possible de supposer que la casse avec le son est similaire celle r alis e avec les forces extensives statiques car le verre casse de toutes parts et non partir de la partie la plus proche du haut parleur 24 On peut donc supposer que l nergie n cessaire pour la casse du verre est gale ou sup rieure K x 120 N car le verre
30. inale 3 dimensions Le son est qualifi de longitudinale car le d placement des points du milieu de propagation est parall le la direction de propagation il a dans ce cas un ph nom ne de Voscilloscope compressions et de dilatations du milieu C est aussi une onde 3 dimensions car celle ci se propage dans tout l espace Il est possible de calculer la celerite v d une onde dans un milieu selon la relation v d At Cette c l rit depend des propri t s et des conditions du milieu la c l rit est constante dans un milieu homogene mais varie en fonction de la temperature du milieu Si on consid re un milieu de propagation comme homogene non dispersif c est dire que la c l rit du son ne d pend PAS de sa fr quence alors il est possible de la calculer ais ment toutefois il est primordial de prendre en compte la temperature du milieu de propagation Pour exemple l air avec la relation v 331 4 0 6070 8 en C et ven m s Dans une pi ce une temp rature homogene t 26 C nous obtenons une celerite de v 331 4 0 607 26 soit v 347 18 m s Il est aussi possible de calculer l intensit sonore I en W m qui correspond au quotient de la puissance P en W par la surface receptrice S en m P I Cependant notre oreille n est capable de percevoir que des sons de 10 25 W qui est le seuil de douleur de l oreille Au point de source de la perturbation les nergies cin tiques et pote
31. l ny a pas de bonnes ni de mauvaises id es et les professeurs de Sciences Physiques M Lancel et M Buridant nous ont bien aid et soutenu dans notre projet Cependant ce nest pas toujours la f te Quand nous avons commenc le projet nous tions 4 mais 2 de nos camarades J r my et Damien sont partis d motiv s car nous n arrivions pas casser le verre nous avons seulement r ussi casser le verre le 24 octobre un jour m morable la derni re s ance avant les vacances de la Toussaint En partie gr ce aux Olympiades la recherche est devenu un domaine dans lequel j aimerais travailler plus tard Cela m a permis aussi d apprendre le travail d quipe bien que le bel orchestre de la Castafiore s est r duit un duo au cours du temps Avec mon bin me Geoffrey donc nous nous sommes partag s le travail pendant une bonne partie de la r daction du dossier tout en se consultant r guli rement Mais pour les exp riences au Labo de Physiques nous sommes plut t compl mentaires et nous travaillons ensemble chaque mercredi apr s midi et m me certaines fois entre 13 et 14h Le pire c est le manque de temps pour travailler une id e installer le mat riel r gler le mat riel ranger le mat riel c est vraiment stressant force Enfin les Olympiades m ont permis de voir la Physique sous un angle plus ludique et plus sympathique que celui des cours de terminales S bien que j ai toujours aim cette mati re Pour terminer les
32. le contraire et r ciproquement On commence se m fier ll 31 6 La fatique du verre La fatique d un verre approche math matique Dans cette partie nous avons cherche d montrer qu un verre les n tres ne pouvait que casser par la fatigue Nous avons donc r alis le raisonnement logique suivant Si on consid re qu au niveau du verre on a 140 dB Ls 10 log lo e 1 est l intensit sonore de la source en W m e lo est l intensit sonore seuil soit 101 W m 1000 Hz On peut ecrire que Soit num riquement 140 I 10 12 10 9 10 Wm Or l intensit sonore I est la puissance sonore re ue par unit de surface du r cepteur I e N I est l intensit sonore en W m e P la puissance re ue en W e S la surface receptrice en m Donc la puissance re ue est P IxS Si on s int resse 1 cm de la surface du verre P 10 x 1 10 y P 10 x 1 10 P 10 W 10 J par sl Si cette puissance est integralement transmise au verre pendant un quart de periode une force va l cart e disons le pousser de sa position d quilibre puis la ramener sa position d quilibre puis l carter le tirer le remettre sa position d quilibre etc Si bien qu on peut dire que cette puissance est le rapport du travail de cette force pendant un quart de p riode MA T 4 P LL avec f la fr quence du signal B vail W P Le travai A TT 32 2 Soit num riquemen
33. n car si on arrive a mesurer le temps entre le d part de la noix son mis et la sortie du tube son re u il est possible de calculer la vitesse de la noix c l rit du son dans le pied du verre de longueur connue 30 Nous allons modifier un peu les r gles du jeu en jetant plusieurs noix Et PA Ee S z ae Lan 5 noix sur 10ms car le but ici est quand m me de les attraper Au moins une Pour ne pas confondre toutes ces noix comme dans la premi re manip nous allons espacer les lancers de 40 ms EE EE NUNO An mok nf En prenant le signal d entr e sur la voie A d un oscilloscope et le signal de sortie sur la voie B il doit tre possible de mesurer t donc de calculer C Nous esp rons pouvoir pr senter quelques valeurs s rieuses dans quelques temps car pour l instant les r sultats sont tres surprenants et de plus archifaux Valeur de F p c soit estimatif de E RIEN encore Pa Nous estimons que le temps de d calage entre les deux signaux va tre de l ordre de la vingtaine de ms mais nous n avons rien pour l instant d exploitable toutefois nous pensons un autre syst me toujours sur le principe des noix Des essais avec de mesures avec pi zos sont toujours en cours Nous pers v rons dans notre id e car nous sommes convaincus que c est un probl me technique qu il faut g rer et non un probl me de sens Jusqu au moment o l exp rimentation nous prouvera peut tre
34. nt cons quente les d formations du verre sont donc de l ordre du macroscopique C est donc uniquement la vitesse des d formations du verre qui rend le ph nom ne invisible l il nu Seconde m thode utilisation d un stroboscope sur le verre Cette fois nous utilisons le ph nom ne de persistance r tinienne notre avantage les flashs intervalles r guliers du stroboscope vont faire s imprimer l image plus longtemps sur la r tine de l il ainsi les instants o le verre sera clair les oscillations du verres seront comme ralenties pour notre il Donc c est en callant les fr quences des flashs du stroboscope que nous r ussissons visualiser les d formations du verre Photo d un verre vibrant sous le stroboscope le blanco sur le verre tait cens se craqueler avec la d formation du verre mais h oui encore une id e qui n a pas aboutie l 18 Probl me d optique technique l utilisation du stroboscope rend la r alisation des vid os num riques tr s al atoires nous r vons d une cam ra grande vitesse Plus s rieusement Le verre prend des formes elliptiques en alternance sur les axes AA et BB les bosses des ellipses sont en fait les ventres de vibration les points du verre restant immobiles sont les n uds de vibration Le diam tre varie de mani re importante voir sch ma ci dessous b Sch ma des d formations dun verre lors de sa mise en r
35. ntielles sont modifi es cette portion du milieu va agir sur ses proches voisins et transf rer ainsi de proche en proche les nergies cin tiques et potentielles Cette nergie se r partit sur la surface d une sphere qui croit avec le carr du rayon Surface d une sphere 4TIR donc le N d F l intensit sonore d cro t avec le carr du rayon I Il existe une autre unit pour d finir le son et notamment pour la sensibilit auditive humaine le niveau sonore L en d cibels acoustiques dB A d fini par la relation L 10 le Le log G o I est l intensit sonore de la source et Io et l intensit sonore seuil 107 W m 0 1000 Hz Ainsi selon la loi de Fechner et Weber lorsqu on double l intensit sonore le niveau sonore augmente de 3 dB 2 Fr quence et p riodicit a Double p riodicit Quelques d finitions La p riode Courant Periode La periode T est la dur e au bout de laquelle un ph nom ne p riodique se reproduit identique lui m me La fr quence La fr quence F repr sente le nombre de p riodes par unit de temps elle s exprime en Hertz Hz 1 F T Certaines fr quences sont imperceptibles pour l Homme en effet l oreille humaine n est sensible qu une certaine gamme de fr quence de 20 Hz 20 kHz au dessous de 20 Hz on parle d infrason au dessus de 20 kHz on parle d ultrason La p riodicit temporelle La p
36. ode de vibration le mode fondamentale les fr quences plus grandes o le syst me entre en r sonance sont appel es les harmoniques On peut illustrer ce ph nom ne par l excitation sinuso dale d une corde f1 la plus petite fr quence trouv e la fr quence fondamentale de la corde la corde vibre avec l aspect d un seul fuseau Mais la fr quence du premier harmonique on observe 2 fuseaux celle du 2 harmonique il y a 3 fuseaux Donc la fr quence d un harmonique est un multiple de la fr quence fondamentale fn n f1 Corde vibrante bn be hi EET a N 3 Li a a EE A N Fondamental Harmonidue 2 Harmonique 3 Cependant cette formule est seulement valable pour une corde En tudiant les modes de vibrations d une bo te m tallique nous avons remarqu que les harmoniques n taient pas des multiples de la fr quence fondamentale Voici comment nous avons proc d Mat riel pour l exp rience 2 cannettes de boisson en m tal une en acier et une en aluminium Un g n rateur de vibration ou vibreur Un GBF Un frequencemetre Un pendule permettant de rep rer la vibration de la cannette On a d coup le haut de chaque cannette en m tal en essayant de garder au maximum la partie rectiligne de celle ci pour avoir un maximum de vibrations et afin de pouvoir y fixer ais ment le g n rateur de vibration Note Cet objet est inutile 1l sert bloquer la BNC sur nos vieux GBF En bricolant un
37. re la plaque de verre 26 Le verre est un mat riau lastique mais a nous le savions d j et nous avions beaucoup discut avec le groupe un verre a passe ou a casse de l ann e derni re Source wikip dia La d formation lastique est une d formation r versible le milieu retourne son tat initial lorsque l on supprime les sollicitations L lasticit lin aire concerne les petites d formations proportionnelles la sollicitation Aux plus grandes d formations l lasticit devient non lin aire pour certains mat riaux Pour d autres la fracture ou le fluage interviennent Nous travaillons avec de petites d formations il est possible de d terminer le module de Young de notre plaque de deux mani res diff rentes Le module de Young est une caract ristique du mat riau 1 par la loi de Hoocke 2 par la vitesse du son dans le mat riau 1 par la loi de Hoocke Source wikip dia Afin de s abstraire de la forme de la pi ce et notamment de ses dimensions on divise la force par l aire de la section de la pi ce grandeur que l on appelle contrainte o exprim e en Pa et on divise l allongement par la longueur initiale grandeur que l on appelle d formation ou allongement relatif e sans dimension On note l allongement relatif e ol lo On note la contrainte o similaire une pression F 5 Ici toute l aire de la lame Il faut faire V analogie avec la constante de r
38. s mesures possibles avec ce syst me option abandonn e 20 3 Mesure des forces extensives appliqu es au verre Nous avons cherch mesurer la force en traction n cessaire pour casser un verre Nous avons donc r alis l exp rience suivante nous avons accroch 2 fils en acier au bord d un verre en cristal gr ce 2 crochets les fils sont reli s des masses D un cot un contrepoids un jerrican rempli d eau et de l autre des masses marqu es dans un sac bleu mais une autre couleur fonctionne aussi voir sch ma ci dessous On place le sac de masses marqu es sur un boy afin de pouvoir mettre progressivement en tension le verre Le verre casse avec 12 2 kg il y a donc 12 2 kg sur chaque bord soit environ 120 N p mg Cependant enfin une manip qui donne une piste c est la fatigue qui fait casser le verre car celui ci ne casse pas imm diatement apr s la mise en tension mais seulement apr s 12 5 min Apr s pas mal de tests 36 verres nous nous sommes rendu compte qu en r alit la casse d un verre sous tension est totalement al atoire Voir tableau annexe Fil en acier Masses marqu es Contrepoids environ 20kg Sch ma du montage de l exp rience Photos Du montage Zi Hypoth se Lors de la fatigue le verre est fragilis des micros fissures se forment dans la Structure du verre si la fatigue dure trop longtemps les fissures s agrandissent et le verre casse C est le ph nom ne
39. se pas Voil et si vous ny arrivez pas contactez nous Cela nous fera plaisir d en discuter Chez nous pas de cachotterie 43 IV ANNEXES 1 prises de mesures du HP 2 Prises de mesures chronologiques des tractions 44 Angleen o COS Angle en 20 Angeen 40 JUN Angie en 60 Angle en 80 Angleene 90 Lx e i ire poem N Pen Pen Pen Pen Pen SRE en m m Longueur en m dB Longueur en m dB Longueur en m dB Longueur en m dB Longueur en m dB 103 60 lM 0 00 103 60 HN 0 00 SO 000 103 60 AN owof103 60 ERA o00 10360 1000 9670 4 10 00 95 20 094 dooo 9seolozej 10 00 99 50 05 10 00 95 20 NOM 1000 96 10 _ 20 00 91 60 4 20 00 88 90 M0 41 20 00 907oloze 20 00 92 40 MOIS 20 00 91 30 017 20 00 92 60 o 30 00 84 00 EMA 30 00 85 70 M0 4 30 00 81 40 M0W6 30 00 79 30 MOIS 30 00 83 00 017 30 00 81 30 40 00 81 10 EN 40 00 83 60 0 94 40 00 80 70 0 76 40 00 73 70 POI 40 00 78 40 NOM 40 00 80 20 50 00 80 00 EMA 50 00 7870 084 50 00 7940 0 76 50 prob 50 PROB EN so PROB y 60 00 72 90 EN 60 00 77 10 0 94 6ofproo eo 6 EN 60 roles ES oww o o D el E el En zol o o 80 Prob UN so ao oj sl ego AP eo Do oo 00 00 2100 Prob too tool tool EN tool EN ooj EE EE EE EE O_O 2 Angle en 0 Angle en 20 Angeene 40 UN Angie en 60 Angle
40. t Wi 3 125 10 ce n est pas beaucoup Si ce travail est produit par une force suppos e constante s exer ant sur une distance de 1 10 de millim tre Wi Fxd B pu AL is ig d 1 10 Cette force elle seule ne peut expliquer la rupture du verre 3 125 107N 33 7 Notre nouveau haut parleur est enfin arriv Il Profil sonore du haut parleur et canalisation du son Profil sonore du nouveau haut parleur Comme nous avons quelques probl mes pour casser nos verres ceux ci ne casse pas tous les coups et m me franchement pas souvent Nous avons donc tudi le profil sonore de notre nouveau haut parleur pour voir comment le niveau sonore se comportait son voisinage Nous avons donc mis en place un dispositif montage du rapporteur Celui ci se compose d un pied auquel on a fix une r gle gradu e tous les 10 cm et un rapporteur Le dispositif est plac face au haut parleur le plus pr t possible car notre dispositif et le caisson du haut parleur ne nous permet pas d approcher tr s pr t du d me du haut parleur Condition initiale Apr s avoir r gl le haut parleur 103 6 dB nous avons commenc la s rie de mesures nous avons mesur le niveau sonore chaque graduation de notre r gle et ce de 20 en 20 jusqu 160 Puis nous reculons le pied de 20 cm et nous recommencons jusqu ce que nous ayons recul le pied de 80 cm 34 e A A Tia P
41. tre en application les connaissances parfois abstraites de la physique enseign e en cours mais galement de me familiariser avec la recherche mettre des hypoth ses tester diff rentes pistes conna tre l chec souvent mais pers v rer H las apr s plusieurs semaines de travail n ayant toujours pas de r sultats 2 de nos camarades ont d cid d abandonner le projet nous nous sommes donc retrouv s deux Thomas et moi pour avancer dans le projet N tant plus que deux avec Thomas il nous a fallu tre plus efficace rires et nous r partir le travail notamment dans la r daction du dossier nous r alisions nos exp riences le mercredi apr s midi puis les autres jours nous r digions chacun de notre c t puis nous mettons en commun Les Olympiades de physique sont pour moi une tres bonne experience j ai beaucoup appris et j ai pris norm ment de plaisir r aliser ce projet 54 Synth se de THOMAS Participer aux olympiades m a deja appris beaucoup de choses Tout d abord ce qu est la recherche en physiques et en sciences en g n ral cela n a rien voir avec les cours et c est a que j aime partir de rien et faire des exp riences tenter essayer mais le plus souvent aussi rater et ramer pour arriver guelguefois a ce qu on veut Selon moi c est mieux que les cours mais il en faut et ce n est pas la m me ambiance Aux Olympiades l ambiance est s rieuse et d contract e en m me temps i
42. trous de l emploi du temps 120 140 dB ne passe pas inaper u et ne sont pas compatibles avec un cours dans la salle d c t 2 Le manque de temps videmment pour finaliser mais le Lyc e est ferm le dimanche et pendant les vacances 3 De ne pas avoir eu la possibilit de comparer les surfaces de ruptures de casses statiques et de casses dynamiques et a c est vraiment dommage Est il possible de casser ce type de verre avec la voix Oui en th orie si elle est tres forte et si le son maintenu tr s longtemps si elle a un son pure la m me fr quence que la fr quence fondamentale du verre La voix humaine nest pas assez forte dans notre cas et il est difficile de produire un son pur aux alentours de 800 Hz toutes les frequences de nos verres tant autours de 800 Hz Un verre ne cassera pas directement par la puissance sonore seule il ne cassera que si la fatigue accumul e lors de sa r sonance d passe un seuil qui lui est propre Tout le probl me est de conna tre l tat du verre avant de l tudier et l nous n avons pas t capable de prendre ne serais ce qu une mesure Nous sommes donc partis sur l hypoth se qu un verre est d j fragilis par son v cu de fabrication mais ils semblent tous differents voir traction statique Alors sur quelles bases travailler Il ne semble pas qu il y ait de verre moyen Nous avons un doute certain sur notre m thodologie mais toutefois notre mise en
43. u Lyc e Branly M Philippe LANCEL professeur de Math S Ph au Lyc e Professionnel Branly Mme Anne Charlotte ALLOUCHERIE professeur de S Physiques au Lyc e Branly M Patrick RYVES professeur de S Physiques au Lyc e Branly M Fr d rique DUCROCQ professeur de S Physiques au Lyc e Branly MM Philippe PENEL Bruno HERMAND et Mmes Betty HENGUELLE V ronique PRUVOST Sylvie BOUTOILLE Alexandra HOLLENDER personnel de laboratoire Les Agents du Lyc e Les Agents Techniques les Dames de Services qui ne peuvent jamais nettoyer les salles le mercredi la Conciergerie pour sortir tard Tous ceux que nous avons oubli s 53 Synth se de GEOFFREY Pour la premiere fois cette ann e j ai particip aux Olympiades de Physique J en avais souvent entendu parler les ann es pr c dentes mais je n avais jamais ose me lancer dans le projet et finalement avec trois de mes camarades je me suis jet a eau Et je fus tr s agr ablement surpris de l ambiance en effet j ai t accueilli les bras ouverts dans un cadre de travail la fois rigoureux et s rieux mais beaucoup plus d contract que des cours normaux encadr s par des professeurs de Sciences Physiques M Buridant et M Lancel toujours pr t nous donner des petits conseils et un petits coup de main de temps en temps c est un plaisir de se rendre tous les mercredis au lyc e pour avancer dans le projet Les Olympiades c est aussi pour moi l occasion de met
44. un module de Young acceptable di TEKAS INSTRUMENTS H EnEn MILAT 2 N 13 e Zee e soit E estim environ 3 10 Pa ce qui nous r jouit beaucoup La m thode par extension de la ligne neutre sous contrainte est donc une m thode possible pour estimer le module de Young d un mat riau mais la seconde m thode par comparaison nous semble DANS NOTRE CAS nettement meilleure que la premiere 29 2 par la vitesse du son dans le mat riau normale de la pi ce C l rit du son Ni p C est dire la racine carr e du module de Young E divis e par la masse volumique du verre Masse volumique du verre 2 500 kg m Pour des probl mes pratiques nous tentons de mesurer la c l rit du son dans le pied du verre Nous pensions travailler dans l ultrason mais le signal de reception ne donnait aucun r sultat exploitable il tait de tres mauvaise qualit Nous avons donc d cid de travailler dans Vaudible aux environs de 800hz manip1 R sultat tr s d cevants car nous ne voyons pas comment exploiter les r sultats C est alors que nous avons pens au jeu du casse noix C est un jeu de kermesse des Ecoles qui consiste lancer une noix l extr mit haute d un tube pench l autre c t repose sur un billot et un joueur doit casser la noix l aide d un marteau lorsqu elle d bouche du tube pratiquement impossible O Nous allons tenter de refaire la m me chose avec notre so
45. verre rectangulaire Lame de SVT pour d terminer une estimation du module de Young d un verre plat Nous avons utilis un haut parleur HP de 1W 8Q petit mais suffisant aliment par un GBF Pour d terminer la fr quence de r sonance de la lame nous avons opt pour la r flexion d un faisceau laser rasant en utilisant le mur comme cran Principe de la manipulation Utilisation de la loi sur la r flexion La distance entre la lame de verre et le mur tant importante 2968 mm elle permet de visualiser sur le principe de Poggendorff un faible d placement Nous n avons pas pris plus grand car notre m tre ruban fait 3m le sch ma de la manip est la page suivante 25 Tache Visualisation sur l cran le mur mesure mm Plaque de verre 1 D placement vertical et max la r sonance Fixation Fig 1 Comme il est tr s al atoire de faire amp sonner la lame pour obtenir sa fr quence propre Nous avons pr f r balayer les fr quences pour obtenir la fr quence de r sonance de la plaque de verre ici environ 210hz et nous avons observ qu cette fr quence la plaque vibrait beaucoup plus donc on peut supposer que nous tions sur sa fr quence de r sonance Nous pensons que c est notre syst me de fixation tait assez fiable car la fr quence ne glissait qu au bout d une dizaine de minutes Un tau garni de feuilles de plomb enser
Download Pdf Manuals
Related Search