Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Make your likes visible on Facebook?

Connect your Facebook account to Prezi and let your likes appear on your timeline.
You can change this under Settings & Account at any time.

No, thanks

TPE : Casser un verre avec du son

No description
by

Andrea Chave

on 2 April 2015

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of TPE : Casser un verre avec du son

TPE : Casser un verre avec du son
Casser un verre avec du son
I. Les ondes sonores
La nature du son
II. Le verre
Le verre est un solide amorphe (les atomes n'y respectent aucun ordre) obtenu par fusion de minéraux cristallins. C'est un solide fragile, délicat et cassable par les forces de la nature. Nous étudierons les caractéristiques d'un verre en cristal. En effet, celui-ci est plus simple à casser avec du son, comme nous allons le voir.

III. Casser le verre grâce au son

Après avoir recueilli de nombreuses informations théoriques, nous avons décidé de vérifier si l'expérience était réalisable. Nous avons alors rédigé un protocole afin de trouver le matériel nécessaire, puis nous avons essayé, et observé les résultats obtenus.
Pourquoi le verre casse-t-il? Celui-ci se brise lorsque la fréquence du son est équivalente à la fréquence de résonance du verre. Il peut entrer en résonance et se mettre à vibrer de plus en plus fort jusqu'à se casser. Si l'on regarde de plus près ses vibrations, on peut voir qu'en certains points, appelés ventres de vibration, il vibre avec une très grande amplitude, tandis qu'à l'inverse en d'autres points, les noeuds de vibration, il reste immobile. Si l'on augmente la puissance du haut-parleur, des tensions extrêmement fortes se produisent entre les ventres et les noeuds : le verre finit par se briser.
Sommaire
I. Les ondes sonores
Nature
Propagation
Propriétés

II. Le verre
Composition
Phénomène de résonance
Recherche de la fréquence du verre

III.Casser le verre grâce au son
Protocole
Réalisation
Résultats

Composition du verre
Un verre est fabriqué princi
paleme
nt avec de la silice qu
e l'on trouve
dans le sable. Il est éga
lement com
posé de carbonate de s
odium (s
tabilisant), de calcaire, magnésie et alumine (stabilisant). Le verre en cristal quant à lui est composé principalement de silice mais aussi de plomb. C'est ce plomb qui donne certaines propriétés au verre en cristal.
Phénomène de résonance
Lorsque que l'on tape sur un verre, il émet un
son co
mplexe, composé de plusieurs ondes
sonores
. En étudiant le spectre sonore du son,
on note
qu'il est composé de plusieurs
sinus
oïdales et que l'oscillation dont la fréquence est la plus élevée correspond à la fréquence de résonance de ce verre. Cette fréquence dite de résonance est en effet la fréquence à laquelle un verre oscille de façon naturelle et entre en résonance.
La célèbre cantatrice Bianca Castafiore, amie de Tintin peut, selon Hergé, faire éclater un verre seulement avec la puissance de sa voix. Des scientifiques ont alors affirmé que l'expérience était réalisable et nombreuses sont les personnes ne croyant pas en cette théorie.
Ce sujet ayant été développé plusieurs fois par de nombreux scientifiques, nous avons voulu savoir à notre échelle d'élèves scientifiques s'il était possible de casser un verre avec la voix mais plus particulièrement avec un son, dans le cadre de notre TPE.
Nous étudierons pour répondre à cette problématique les caractéristiques des ondes sonores puis celles du verre, et enfin nous verrons comment l'expérience est réalisable.
Comment peut-on casser un verre avec du son

Le son est un phénomène vibratoire ayant pour origine un système qui vibre constituant une source sonore.
Le son est une sensation auditive provoquée par une onde acoustique. Il se transmet par la vibration de particules, provoquée par des chocs. Le son est donc ce que l'oreille perçoit de la vibration d'un corps.
A l'origine, un son est initié par un objet animé d'un mouvement vibratoire. Une vibration est un mouvement d'oscillations rapide et périodique, c'est à dire se répétant à intervalles de temps régulier.
La propagation du son
Les ondes sonores se propagent dans tous les milieux matériels, plus ou moins bien selon leur état physique. Sa propagation étant due aux chocs de particules, le son ne se propage donc pas dans le vide et très mal dans les milieux poreux. Par contre, il se transmet très rapidement dans les milieux solides, comme le verre, un peu plus lentement dans les liquides et encore plus dans les gaz.
Les propriétés du son
Intensité :
c'est le volume sonore du son mesuré en décibels (dB). Elle diminue avec l'augmentation de la distance parcourue par le son.
Hauteur :
c'est sa position sur l'échelle des graves et des aigus qui est déterminée par sa fréquence. Cette échelle divise le spectre audible (20 à 20 000Hz) en 3 parties : les graves, les médiums et les aigus. Plus la fréquence est grande, plus le son est aigu et inversement.
Les ondes sonores possèdent les caractéristiques de base que toute onde possède :
une amplitude mesurée en décibels (dB)
une période mesurée en secondes (s)
une fréquence (nombre d'oscillations périodiques par seconde) mesurée en Hertz (Hz) calculée à partir de la fréquence T tel que f=1/T.
Il existe deux catégories de sons :
Son pur : constitué d'une unique onde (fondamentale) parfaitement sinusoïdale dont la fréquence et l'amplitude maximales sont constantes.
L'énergie se transmet de boule en boule, et seule la dernière bille se déplace. Les autres billes transmettent l'énergie sans se déplacer. C'est une propagation de proche en proche. Pour la propagation du son, c’est le même principe. Les molécules d’air (ou de tout autre milieu matériel) sont assimilables aux boules du pendule. L’énergie n’est pas contenue dans une molécule qui se déplacerait de l’émetteur au récepteur. Les molécules vibrent autour de leur position d’équilibre et transmettent ainsi l’énergie acoustique de proche en proche.

Son complexe : constitué d'une onde non sinusoïdale composée de plusieurs sons purs donc de plusieurs ondes sinusoïdales dont les fréquences et les amplitudes sont différentes. Le son résulte de la superposition de l'onde fondamentale et de ses harmoniques.
Recherche de la fréquence de notre verre
Protocole
Choix du verre

Nous nous sommes renseignés sur les types de verre, afin de savoir lequel
d'entre eu
x répondrait le mieux à nos
attentes. A
près nos recherches, nous
avons choi
si des verres en cristal car
ceux-ils
résonnent le mieux, fins afin qu'ils soient plus simples à casser, et à pied pour que les vibrations ne soient pas amorties. Grâce aux atomes de plomb, quand le cristal se met à vibrer, la matière se déplace plus facilement, et le verre se brise. Nous avons deux verres à notre disposition.
- haut-parleurs d'une puissance supérieure à 100 dB
- amplificateur de guitare
- générateur de fréquence
- caméra
- verre en cristal
- paille
- cage en bois
Matériel nécessaire
Brancher le générateur à l'amplificateur, puis relier l'ensemble aux haut-parleurs.
Placer la paille dans le verre (afin de voir si le verre vibre, au cas où il ne casserait pas), puis le mettre dans la cage en bois percée au centre pour concentrer le son dans un espace clos.
Mettre les haut-parleurs juste devant le verre.
Lancer l'enregistrement caméra.
Émettre alors la fréquence de résonance du verre, soit 370Hz, en réglant le générateur.
Une fois la fréquence trouvée, monter le son des haut-parleurs au maximum.
Pour enregistrer la fréquence de résonance de notre verre, nous avons utilisé le logiciel Audacity :
Matériel : verre, tige en fer, micro .
Placer le micro près du verre
Commencer l'enregistrement sur Audacity
Taper sur le verre avec la tige pour que le verre émette un son
Une fois le son enregistré, terminer l'enregistrement et analyser le spectre sonore du son.
On remarque que le son est composé d'une infinité de fréquences. Le pic le plus haut du spectre est l'onde fondamentale du verre. La fréquence de cette onde fondamentale est la fréquence de résonance du verre qui est de 349 Hertz pour le verre n°1 et 370 Hertz pour le verre n°2. Cela confirme alors que chaque verre a une fréquence de résonance distincte et unique. Pour l'expérience finale nous utiliserons le verre n°2.
Réalisation
Suivant notre protocole, nous avons réalisé l'expérience pour tenter de casser notre verre.
Résultats
Le verre subit de très fortes vibrations, cependant il ne se brise pas.
En effet, notre matériel n'est pas assez puissant (haut-parleurs inférieurs à 100 dB). La fréquence trouvée est sans aucun doute la fréquence de résonance du verre, au vu des mouvements de celui-ci. Ainsi, l'expérience est réalisable, car les vibrations montrent bien qu'une puissance plus importante aurait entraîné la brisure du verre.

Expérience réalisée
Étant donné que les haut-parleurs que nous avons utilisés n'étaient pas assez puissants, nous avons trouvé l'expérience sur Internet, réalisée avec un matériel professionnel, où le verre se brise.
L'appareil utilisé est un sono mètre, permettant de mesurer la puissance en décibel. On voit bien que nos haut-parleurs d'une puissance de 94 dB n'auraient pas suffit pour briser notre verre.
On peut constater des chaque verre a sa propre fréquence de résonance par une simple expérience. En tapant dessus avec une tige ou en frottant ses parois avec un doigt mouillé, on entend que le son produit est différent entre les deux verres.
http://www.spirit-science.fr/doc_musique/Sensation-sonore.html
http://www.cap-sciences.net/upload/BM_sons.pdf
http://lewebpedagogique.com/physique/quelques-videos-de-resonnances/
http://www.imaginascience.com/articles/sciencesphysiques/mecanique/resonance/resonance.php
http://www.maxisciences.com/voix/un-chanteur-peut-il-vraiment-faire-eclater-du-verre-avec-sa-voix_art29700.html
http://www.je-comprends-enfin.fr/index.php?/Eau-ondes-et-son/verre-et-ondes-sonores/id-menu-15.html
http://www.quebecscience.qc.ca/vusurleweb/335?r=1
http://www.quebecscience.qc.ca/vusurleweb/335?r=1
http://www.maxisciences.com/voix/un-chanteur-peut-il-vraiment-faire-eclater-du-verre-avec-sa-voix_art29700.html
http://www.donbosco-tournai.be/expo-db/www/CDEXPO/Ondes_fichiers/CaracteSon.pdf
http://www.sonorisation-spectacle.org/caracteristiques-d-un-son.html
Bibliographie
Bilan
Ainsi, il est possible de casser en verre en le faisant entrer en résonance. Si l'on connaît sa fréquence de résonance, en émettant un son de même fréquence à une puissance assez élevée (minimum 100 dB), et, plus facilement si le verre possède des imperfections, on peut provoquer sa rupture . Il est donc également possible d'en casser un avec la voix, mais l'expérience relève du miracle car la note chantée doit être d'une précision parfaite, tenue pendant plusieurs secondes et à une puissance très élevée.
On peut alors se demander si le verre est le seul objet dont l'entrée en résonance peut provoquer une rupture.
Full transcript