Résonance du verre

[Sclarckone]

Bonjour à tous,

J'ai besoin de votre aide pour une histoire de résonance du verre...Et cela sur 2 points importants.

1°) Comprendre physiquement le phénomène de résonance, c'est à dire qu'est-ce qui se passe au niveau moléculaire...

2°) Définir un protocole expérimental fiable afin de faire entrer en résonance des plaques de verre et, si c'est possible, prédire les résultats de l'expérience (fréquence de résonance, puissance nécessaire afin de briser la plaque) en fonction des dimensions des plaques...

J'ai déjà quelques notions sur le sujet et j'ai déja pu trouver quelques comptes rendus d'expérience mais je ne sais pas quelle méthode est la plus efficace.

Pour info je suis en Maths Spé donc j'ai quelques notions de physique et de mathématiques mais je suis loin d'être un spécialiste

Merci
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[Jeanpaul]

Tu as bien compris qu'il n'y a aucun rapport entre tes 2 questions ?
La résonance d'un solide, ça se passe quand on excite les vibrations des noyaux qui le composent. Ils sont liés élastiquement à leurs voisins et si on les éclaire avec la bonne fréquence (infra-rouge en général), les noyaux vont bouger et absorber la lumière. Pour un verre, c'est le désordre alors le voisinage d'un noyau est mal défini et la raie d'absorption est large.

La résonance d'une plaque de verre, ça n'a rien à voir avec les atomes, c'est un mouvement d'ensemble avec des noeuds et des ventres que l'on peut mettre en évidence en posant du sable sur la plaque. Ca s'appelle les figures de Chladni et sur Google, on en trouve plein.
Ces figures n'apparaissent que pour certaines fréquences, qu'on appelle résonances ou modes de vibration.
Pour casser une plaque, il faut y injecter de l'énergie de vibration, ce qui se fait en attachant un objet vibrant, genre haut-parleur. Si on envoie du son, l'énergie pénètre très mal et il est très difficile de casser le verre.

[invite455504f8]

il me semble que les fréquences de résonance dépendent aussi des conditions au bord (plaque libre, fixée en un ou plusieurs côtés etc...)

[Sclarckone]

Je sais qu'il n'y a aucun rapport entre les 2 questions mais la 1ère était mal posée...

Je voulais savoir ce qui se passe au niveau structurel pour le solide...

Il me semble (mais c'est intuitif) que c'est à cause de la réflexion des ondes à l'intérieur du solide qui se superposeraient et crééraient de telles amplitudes. La plus basse des fréquences possibles (à cause des dimensions et des propriétés du solide) serait alors la fondamentale et ses multiples les harmoniques (moins efficaces à cause de l'amortissement interne du solide).

Pour ce qui est de l'expériemenation je voudrais connaître les méthodes les plus efficaces pour déterminer la fréquence de résonance d'une plaque de verre et la briser à l'aide d'un haut-parleur...

Faut-il taper un coup sec dans la plaque et décomposer le son émis en série de Fourier pour déterminer la fondamentale ?

Que faut-il faire justement avec le haut parleur pour briser la plaque sans coller la plaque au haut parleur (si c'est ce que tu voulais dire...)

Pour ce qui est des conditions au bord j'en essayerais probablement plusieurs (fixées et libres)...

[A voir en vidéo sur Futura]

[Jeanpaul]

Effectivement, on peut dire que les vibrations entre atomes ressemblent à une vibration d'ensemble mais, dans la pratique, ces vibrations ne s'analysent pas du tout de la même façon, parce que les fréquences propres sont tellement différentes et en plus, un mécanisme est quantique et pas l'autre.
La manière la plus précise d'analyser les fréquences propres est de taper en un endroit et de détecter l'accélération en un autre endroit, voire au même, sachant qu'on ne détectera pas les modes qui ont un noeud à l'endroit d'excitation ou à l'endroit de détection.
On peut aussi écouter le son mais le rapport signal/bruit est moins bon.
Pour exciter, il vaut mieux qu'il y ait contact entre le pot électromagnétique et la plaque, le son pénètre mal et tu auras bien du mal à casser quoi que ce soit.
Comme dit feldid, les modes (= la forme de la déformée et sa fréquence) dépendent de la géométrie de la plaque et de la manière dont elle est fixée (ce sont les conditions aux limites).

[sitalgo]

Casser du verre dans ces conditions avec des fréquences élevées est peut-être possible mais je vois mal la chose.
Par contre si on prend un vitrage peu épais (=<4mm) et de dimension suffisante (au moins 1mx1m), fixé juste aux angles mais fermement, on doit pouvoir trouver une fréquence grave qui met en résonnance la vitre au point de la briser. Haut-parleur de 38cm conseillé.

Cela dit les barjots avec leur sono de 1000w dans leurs voitures ne font pas péter les vitres mais c'est du verre épais et la dimension la plus faible n'est pas très grande. Quand on pose un objet sur le toit il ne tient pas en place.

[Sclarckone]

Et ne peut-on pas utiliser un "tube accordé" comme décrit dans ce compte-rendu...

http://eurekalia.umh.ac.be/sitepedag...spdf/verre.pdf

[sitalgo]

Dans ces conditions c'est parfaitement crédible.

[Sclarckone]

Okay mais je ne connais pas trop le principe du tube accordé aux 3/4 de la longueur d'onde...

Cela signifie-t-il que la longueur du tube doit être un multilple des 3/4 de la longueur d'onde ??

[sitalgo]

Les évents d'enceintes acoustiques sont d'un calcul plus compliqué mais là je pense que c'est ce qu'il faut comprendre.

[Sclarckone]

Hello je reviens à la charge car j'ai un peu réfléchi à la forme de mon expérimentation....

Le but sera de faire entrer en résonance une plaque de verre dont les dimensions seraient du genre 100x40 mm (pour l'épaisseur je ne sais pas) fixées sur les bords de 40.

Il faudrait donc briser cette plaque en la faisant résonner en utilisant un montage avec un haut-parleur et un tube acordé à 3λ/4
=> Est-ce possible ?

Reste à fixer la méthode pr déterminer la fréquence de résonance...Je pense à donner un coup sec dans la plaque et décomposer le son émis en série de Fourirer pour trouver la fondamentale.
=> Est-ce que cela va fonctionner ?

Et enfin il serait bien que je puisse faire un petit calcul me permettant de determiner la résistance de la plaque de verre en mesurant les amplitudes de celle-ci avant qu'elle ne casse (grâce à un stroboscope et une acquisition vidéo)...
Mais je ne sais pas si le fait que la plaque casse est plus dû au dépassement de sa résistance aux torsions ou à un effet de fatigue
=> Quelqu'un peut-il m'éclairer à ce sujet ?

Merci encore à tous ceux qui m'apporteront leur aide !

[Jeanpaul]

De manière générale, moins tu fixes la plaque, mieux elle vibrera. Plutôt que la fixer sur 2 bords, il vaudrait mieux la fixer au milieu et laisser les bouts vibrer.
Pour déterminer les résonances, le plus simple est l'envoyer un son de fréquence variable et d'observer la vibration de la lame, par exemple en envoyant dessus un laser et en regardant la lumière réfléchie.
Ceci dit, je crains que même avec une plaque très mince, ce soit très difficile de la briser. Il y a déjà eu un fil là-dessus.

[Sclarckone]

Si c'est le sujet sur la résonance verre/cristal je ne me souviens pas qu'il traitait de plaque de verre (mais cela fait un moment que je l'ai lu).

Pour ce qui est du laser je préférerais utiliser un ordinateur et des séries du Fourier (je suis plus à l'aise avec) mais ca doit pouvoir se faire...

Et même avec un plaque genre lamelle de microscope ça ne serait pas possible en la fixant aux bords ???

[Jeanpaul]

Déjà casser un verre de cristal fin avec du son, ce n'est pas évident. On voit bien que plus le matériau sera robuste et plus il sera épais, plus il sera difficile à casser. Le verre amortit mieux les vibrations que le cristal, il emmagasine donc moins bien l'énergie mécanique et cassera difficilement.