Probleme de resonance

[invite316173cf]

Bonjour !! Je suis en premiere S et je fais mon TPE sur la modelisation de la resonance . J ai deja pense a quelques montages tres simples ( avec des pendules et des oscillateurs ) et j aimerais d une part developper l analogie avec la tension d un courant alternatif pour la resonance acoustique , et d autre part pouvoir modeliser simplement l amplification de l oscillation sur une corde . Mais j ai un peu des problemes et ai du mal a trouver des informations assez simplifiees pour que je puisse les comprendre ^^

D ou mes questions ( desolee si elles peuvent paraitre betes )
Avec quel appareil et comment faire pour faire entrer une tension en resonance ( sur un duree de temps tres courte pour eviter de tout faire exploser ^^ ) ??

et comment calculer la frequence de resonance d une corde ?? est ce qu elle depend de la tension de la corde ??

VOila merci d avance ^^
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[f6bes]

Avec quel appareil et comment faire pour faire entrer une tension en resonance ( sur un duree de temps tres courte pour eviter de tout faire exploser ^^ ) ??

e

Bjr à toi,
Les antennes d'émission (tension) sont à la résonnance avec parfois des milliers de kilowatts et rien..................n'explos e !!

Pour la corde faut connaitre les caractéristiques PHYSIQUES de celle çi (sa constitution, son matériau, sa longueur, son poids, sa tension etc...)
Beaucoup de paramétres à maitriser.

A+

[LPFR]

Bonjour et bienvenue au forum.
L'oscillateur et la résonance la plus élémentaire est le pendule simple. Malheureusement, la plupart de fois il est étudié, comme ici en wikipedia en tant qu'oscillateur libre et non en tant qu'oscillateur forcé.
Pour ce qui est de la résonance, le mot clé est plutôt "oscillations forcées". Vous pouvez regarder sur wikipedia, mais l'article n'est pas très bon. Il est orienté maths et non physique.
Pour faire une manip avec de la résonance électrique, il faut avoir un générateur de signal (sinusoïdal), un condensateur et une inductance des valeurs adéquats pur la fréquence à laquelle vous voulez travailler, plus des résistances pour modifier la résonance et un oscilloscope pour la voir.
Pour une résonance acoustique le plus facile est d'avoir un tube avec un piston mobile qui puisse changer la longueur effective du tube et un diapason. On met le diapason à l'entre du tube et quand la longueur est la bonne, le son augmente de volume. On peut aussi garder un tube de longueur fixe et utiliser un petit haut-parleur et un générateur audio. Cette fois c'est la fréquence du son qui change (avec le générateur).
Pour la corde résonante, il suffit d'une guitare et un haut parleur. Mais c'est plus difficile à montrer en public: il faut regarder la corde de près pour la voir osciller.
Mais la modélisation de la résonance sonore (tube ou corde) implique connaître la propagation des ondes dans une corde ou dans l'air. De même que la résonance dans une ligne électrique comme le suggère F6bes.
Je ne sais pas ce que l'on vous demande ni de quels moyens disposez-vous ni quel est votre niveau en physique ou électricité.
Peut-être qui si vous nous racontez tout, on pourrait vous conseiller plus précisément.
Au revoir.

[invite316173cf]

Merci de vos reponses .

Nous sommes tres libres au niveau du contenu de notre TPE , et on peut s y investir un peu comme l on veut . Notre problematique generale est :

Comment expliquer a l aide de modeles la forte resonance du cristal ( verre ) ?

En premiere partie , on aimerait donc pouvoir expliquer ( a notre niveau c est a dire de facon relativement simplifiee ) la resonance en general , puis se concentrer sur son application sur la structure du cristal .
Mon niveau en electronique est tres faible , vu que les seuls cours que j ai eu depuis la 3eme sont quelques heures de mpi mais j aime apprendre de nouvelles choses et pas forcement besoin de tout expliquer en detail , je peux faire des recherches
Sur la propagationd es ondes acoustiques dans l air ou sur une corde , je me suis deja pas mal renseignee , et a part au niveau de la plupart des calculs qui sont vraiment hors de portee , je comprends le principe general .

Pour les moyens dont nous disposons , ce sont essentiellement ceux du lycee . Il y a des classes de physiques sup et spe et voila c est a peu pres tout ce que je sais ... desolee du peu d informations ^^

Merci pour les idees de montages !! J avais pense a utiliser un fil de fer traverse par un courant alternatif et avec un electroaimant , le faire osciller a differentes frequences pour montrer l augmentation de l amplitude quand il oscille sur sa frequence propre . Mais j ai du mal a savoir si ce sera visible a l oeil nu ou pas ...

Desolee je n y connais malheureusement aps grand chose

[A voir en vidéo sur Futura]

[LPFR]

Re.
Une des règles de ce forum est que l'on essaye d'écrire en français correct et qu l'on évite le langage SMS ou des abréviations inutiles.
Je ne réponds pas à des messages écrits en SMS.
A+

[invite316173cf]

Il ne manque en fait que les accents et les apostrophes mon clavier n' étant pas français , mais si cela rend les messages illisibles j'en suis profondément désolée .

[calculair]

Bonjour,

Je n"ai pas d'idee sur dony vous disposez

experience possible

Mesurer le courant traversant un circuit R ,L ,C serie quand la frequence evolue autour de la resonnance

Faire tourner une petit moteur avec un leger decentrage suspendu à un ressort
tu faits varier la vitesse pour que les vibrations du moteur entre en resonnance avec le ressort

pour preparer ce type d'experience, il faut connaitre ou savoir calculer la frequence de resonnance du montage, de façon à pouvpir l'exciter correctement.

on peut avoir d'autre idées en fonction du materiel dont tu disposes

[invite316173cf]

Merci beaucoup pour les idées !! en fait il y a beaucoup de montages possibles ^^

Une question encore
De plus comme on étudie sur le cristal , on a vu que sa forte résonance provenait de la proportion de plomb introduite qui était élevée par rapport aux autres verres , ce qui diminuait la dissipation en chaleur .
D 'ou je me suis demande pourquoi est ce que le plomp dissipait moins que le verre ?? Est ce dû a la différence d 'élasticite ??

[LPFR]

D 'ou je me suis demande pourquoi est ce que le plomp dissipait moins que le verre ?? Est ce dû a la différence d 'élasticite ??

Re.
Il semble que c'est dû à la différence de la force de liaison entre les ions. Les ions plomb auraient des liassions plus fortes que les ions calcium. C'est la nature des liaisons chimiques qui seraient donc, plus fortes.
C'est à dire que quand on déforme le solide, les atomes restent bien en place et ne se déplacent pas (par rapport aux voisins), ce qui absorberait de l'énergie.
A+

[invite316173cf]

Re
D'accord merci beaucoup pour vos réponses et pour avoir pris le temps de vous intéresser au sujet !!

a+

[Locaterre]

Pour une résonance acoustique le plus facile est d'avoir un tube avec un piston mobile qui puisse changer la longueur effective du tube et un diapason. On met le diapason à l'entre du tube et quand la longueur est la bonne, le son augmente de volume. On peut aussi garder un tube de longueur fixe et utiliser un petit haut-parleur et un générateur audio. Cette fois c'est la fréquence du son qui change (avec le générateur).

Bonjour... j'ai essayé de comprendre cette résonance dans d'autres posts, mais je suis perdu...
Ma question... si on soumet un tube fermé, type trompette, à une fréquence, est-ce que le tube fait entendre, suivant sa longueur, une autre fréquence, ou est-ce que la fréquence reste identique à celle du système excitateur quelque soit la longueur du tube, celle-ci n'ayant une influence que sur les harmoniques ?

Merci.

[LPFR]

Bonjour.
Une trompette est un tube fermé (ou presque) d'un seul côté. La trompette peut résonner à plusieurs fréquences. En dehors de ces fréquences on pourra entendre le son produit par les lèvres du trompettiste, mais très faible et riche en harmoniques. Pour qu'une trompette puisse avoir plus de sons possibles, il faut pouvoir changer la longueur du tube. C'est le rôle des pistons dans les trompettes et autres cuivres. Le trombone pet changes de longueur de façon continue.

Mais en tout cas, la fréquence que l'on entend est nécessairement une des fréquences produites par les lèvres du trompettiste. La trompette "n'invente pas des sons".
Au revoir.

[predigny]

...
Mais en tout cas, la fréquence que l'on entend est nécessairement une des fréquences produites par les lèvres du trompettiste. La trompette "n'invente pas des sons".
Au revoir.

Boujour,
On ne peut pas dire non plus que la trompette ne fait qu'amplifier par résonance, la fréquence produite par les lèvres. Il y a un couplage très fort entre les lèvres et la colonne d'air dans l'instrument et s'il est vrai que le pincement plus ou moins fort des lèvres, va initialiser tel ou tel mode, une fois que l'oscillation est établie, la fréquence est imposée par la longueur du tuyau. Dans le cas des instruments à anches comme la clarinette, c'est encore plus vrai mais le pincement des lèvres peut là aussi influencer sur la hauteur du son, même en régime établi ; Certains instrument y sont plus sensible que d'autres.

[Locaterre]

Merci pour vos réponses...

...La trompette peut résonner à plusieurs fréquences. En dehors de ces fréquences on pourra entendre le son produit par les lèvres du trompettiste.
...
Mais en tout cas, la fréquence que l'on entend est nécessairement une des fréquences produites par les lèvres du trompettiste.

... que l'on pourrait appeler la fondamentale ?

On ne peut pas dire non plus que la trompette ne fait qu'amplifier par résonance, la fréquence produite par les lèvres. Il y a un couplage très fort entre les lèvres et la colonne d'air dans l'instrument et s'il est vrai que le pincement plus ou moins fort des lèvres, va initialiser tel ou tel mode, une fois que l'oscillation est établie, la fréquence est imposée par la longueur du tuyau.

Ce couplage ne va-t'il pas intervenir sur le couple intensité(accroîssement)/timbre(enrichissement en harmoniques) plutôt que sur la fréquence (restituée par la trompette) ?
Le mot mode est-il utilisé comme synonyme de fréquence ?

Merci

[predigny]

...
Ce couplage ne va-t'il pas intervenir sur le couple intensité(accroîssement)/timbre(enrichissement en harmoniques) plutôt que sur la fréquence (restituée par la trompette) ?
Le mot mode est-il utilisé comme synonyme de fréquence ?
...

Ce couplage fait que les vibrations des lèvres et de la colonne d'air ne font qu'un et oscillent ensembles à la même fréquence. Le timbre dépend sans doute de l'intensité de ce couplage, mais là, ça devient très complexe. Ce qui est sûr c'est que des lèvres sans trompette ou une trompette sans lèvres, ça ne donnera jamais un beau concerto de Hummel
Par "mode", j'entends le nombre de "fuseaux" d'ondes stationnaires dans le tuyaux. Ca définit bien sûr la fréquence, sachant que plus la fréquence est élevée, plus on peut "loger" de fuseau dans le tuyau. Une trompette sans piston a donc un nombre limité de notes possibles dans les fréquences basses, mais ce nombre augmente quand on monte en fréquence. (entre 3 fuseaux et 4 fuseaux, il y a un gros écart de note, mais entre 12 et 13, beaucoup moins) Les pistons ont permis d'avoir tous les demi-tons, même pour les modes de plus basses fréquences.

[Locaterre]

il y a un couplage très fort entre les lèvres et la colonne d'air dans l'instrument et s'il est vrai que le pincement plus ou moins fort des lèvres, va initialiser tel ou tel mode, une fois que l'oscillation est établie, la fréquence est imposée par la longueur du tuyau.
...
Ce couplage fait que les vibrations des lèvres et de la colonne d'air ne font qu'un et oscillent ensemble à la même fréquence.

Peut-on toutefois envisager, selon les informations indiquées à cette page, et en retenant, pour la partie supérieure de la tessiture, un déclenchement de la vibration de la colonne d'air de l'instrument par l'effet de Bernoulli, donc sans vibrations, au moins "initiales", des lèvres,

que la trompette ne fait qu'amplifier par résonance, la fréquence produite par les lèvres

Autrement exprimé, un déclenchement de la vibration par effet Bernoulli écarte-t'il la nécessité d'un couplage lèvres/colonne d'air ?

Merci

[invitec7cac904]

Bonjour!

Je me permets de revenir sur un point que Sera1451 a soulevé et que LPFR a tenté d'expliquer: le fait que le cristal entre plus facilement en résonnace que les autres verres. J'espère vraiment que LPFR pourra revenir dessus.

Il semble que c'est dû à la différence de la force de liaison entre les ions. Les ions plomb auraient des liassions plus fortes que les ions calcium. C'est la nature des liaisons chimiques qui seraient donc, plus fortes.
C'est à dire que quand on déforme le solide, les atomes restent bien en place et ne se déplacent pas (par rapport aux voisins), ce qui absorberait de l'énergie.
A+

Très bien... Pour résumer, les ions plomb ont des liaisons plus fortes ce qui fait que les atomes bougent moins. Mais, c'est tout à fait CONTRADICTOIRE alors! S'ils ne peuvent se déplacer facilement, il ne peut pas y avoir de résonnance et le verre en cristal devrait par conséquent ne PAS subir d'excitation! Ou bien??

J'espère sincèrement que quelqu'un pourra me répondre et me donner plus d'indications,
En attendant avec impatience une réponse,

IvyCello

[LPFR]

Bonjour.
Il y a déplacement et déplacement.

Quand on déforme un solide (au cours de l'oscillation, par exemple) les atomes se déplacent légèrement par rapport aux voisins, mais en conservant les mêmes voisins. Ces déplacements sont parfaitement élastiques et n'atténuent pas l'oscillation: ils ne dissipent pas de l'énergie.

Par contre, lors d'une déformation (et surtout dans une déformation plastique), des atomes se déplacent de site dans le réseau cristallin et vont dans la "place d'à côté" (changent de voisins). Ce déplacement dissipe de l'énergie car l'ancienne liaison lâche et une nouvelle se crée. Et la liaison rompue fait osciller les atomes (les chauffe). Cette énergie n'est plus récupérée au moment de relâchement des efforts. L'atome déplacé ne revient pas à sa position originelle.

Si les liaisons sont très fortes, il est difficile de le rompre. Il semblerait (ce n'est pas mon spécialité) que, dans le verre, les liaisons avec le plomb soient fortes.
Au revoir.

[invitec7cac904]

Bonsoir LFPR,

Je suis ravie que vous ayez pris le temps de répondre à ma question!
J'avoue que je n'ai pas tout compris (voire pas grand chose) et que je me rend compte que la chimie cristalline ne semble pas mon fort...

Bonjour.
Il y a déplacement et déplacement.

Quand on déforme un solide (au cours de l'oscillation, par exemple) les atomes se déplacent légèrement par rapport aux voisins, mais en conservant les mêmes voisins. Ces déplacements sont parfaitement élastiques et n'atténuent pas l'oscillation: ils ne dissipent pas de l'énergie.

Par contre, lors d'une déformation (et surtout dans une déformation plastique), des atomes se déplacent de site dans le réseau cristallin et vont dans la "place d'à côté" (changent de voisins). Ce déplacement dissipe de l'énergie car l'ancienne liaison lâche et une nouvelle se crée. Et la liaison rompue fait osciller les atomes (les chauffe). Cette énergie n'est plus récupérée au moment de relâchement des efforts. L'atome déplacé ne revient pas à sa position originelle.

Si les liaisons sont très fortes, il est difficile de le rompre. Il semblerait (ce n'est pas mon spécialité) que, dans le verre, les liaisons avec le plomb soient fortes.
Au revoir.

Pour notre part, on est dans le deuxième cas (la déformation), c'est bien ça?
Suite à cette réponse, je me suis plus amplement renseignée et j'ai trouvé le terme "dislocations". Est-ce bien ce dont vous parlez? Dans un verre en cristal, il est impossible de créer ou de déplacer ces dislocations. Ainsi, des fissures apparaîtront lors de l'excitation et le verre en cristal cassera immédiatement! Suis-je sur la bonne voie?

Mais que sont exactement des dislocations? J’ai bien cherché dans le dictionnaire (le Nouveau Petit Robert de la langue française de 2007) mais ai seulement découvert la définition suivante : « défaut du cristallin produit par un déplacement des plans réticulaires. » Avouez que Petit Robert n'est pas très loquace...

Bonne soirée,
IvyCello

[LPFR]

Bonjour.
Si vous cherchez des explications scientifiques, ce n'est pas dans le Robert que vous les trouverez. Essayez plutôt wikipedia. Et, si vous pouvez, regardez la version anglaise.
Même pour le français il y a mieux que le Robert (et je ne parle même pas du Larousse): le CNRTL. Bien sûr vous ne trouverez pas les mots "cité" ni le franglais. Pour ces derniers le Larousse est le meilleur.

Revenons à nos moutonsss.
Vous n'êtes pas dans un cristal: le verre, même le verre à plomb appelé couramment "cristal" n'est pas un cristal au sens de physiciens. Dans un cristal, les atomes occupent des places bien définies avec des distances entre atomes répétitives, comme entre des soldats dans un défilé.
Dans un verre (solide amorphe), les atomes respectent des distances moyennes, mais leurs positions et les distances ne sont par répétitives. Ce sont comme des gens dans une manifestation.
Vous n'êtes pas dans le cas de déformation plastique, comme quand on plie un morceau de métal. Vous êtes encore dans le cas de déformation élastique. Mais la déformation élastique n'est pas toujours parfaite. Las atomes vibrent autour de leurs positions à cause de l'agitation thermique. Et l'amplitude de ces oscillations n'est pas la même pour tous les atomes. Même si, statistiquement, vous avez une moyenne.

Mais certains atomes, de temps en temps, ont plus d'énergie que la moyenne et plus rarement beaucoup plus d'énergie que la moyenne. Même chose pour des atomes avec moins d'énergie que la moyenne.
Quand vous déformez le verre, il est possible qu'une infime proportion d'atomes qui ont, à ce moment, une énergie très supérieure à la moyenne, changent de voisin. De l'énergie élastique est perdue (transformée en chaleur).
Les souffleurs de verre et les fabricants d'objets en verre (sauf en verre trempé) savent qu'en chauffant le verre on aide le relâchement des tensions internes. Eu augmentant l'agitation des atomes on facilite la migration de ceux qui sont mal placés.
Au revoir.

[invitec7cac904]

Merci beaucoup LFPR pour votre réponse! Oui, vous me remettez dans le droit chemin. Je pensais vraiment que le mot"cristal" du verre en cristal correspondait au terme scientifique...

J'espère que je n'aurai plus à vous poser de questions,
Bonne journée,

IvyCello

[invitec7cac904]

Bonjour bonjour!

Finalement, à quelques jours de l'évaluation orale, j'ai encore une petite question à poser. J'espère obtenir une réponse!

J'essaye de trouver un maximum d'informations autres que celles que nous développerons lors de notre exposé (en vue des questions). Je me suis alors posée la questions quant à la propagation de l'onde sonore dans le verre. Comment cela se déroule-t-il? Traverse-t-elle simplement le verre ou en fait-elle le tour?

J'espère n'être pas trop confuse dans ma formulation. Je n'hésiterai pas à reformuler si nécessaire!!

Bonne après-midi à tous,
Sincèrement,
IvyCello

[LPFR]

Bonjour.
Les ondes sonores longitudinales et/ou transversales se propagent dans le volume du verre comme dans n'importe quel autre solide.

Mais ce n'est pas le cas ici. On ne peut pas considérer la vibration du verre à pied comme une propagation de l'onde sonore dans le verre.
Bon, en poussant beaucoup sur l'interprétation, on pourrait dire que ce sont deux ondes transversales qui tournent autour dans des directions opposées. Mais n'aime pas cette façon de voir l'oscillation du verre. Je préfère voir le verre à pied vibrer comme un diapason.

Le verre oscille de la façon suivante: prenez un gobelet en papier ou en plastique. Prenez deux endroits opposées du bord entre vos doigts et rapprochez-les et écartez-les rapidement. C'est le mode d'oscillation de plus basse fréquence du verre à pied. C'est pour cela que l'on peut détecter l'oscillation en mettant une paille dans le verre.
Au revoir.

[invitec7cac904]

Les ondes sonores longitudinales et/ou transversales se propagent dans le volume du verre comme dans n'importe quel autre solide.

Mais ce n'est pas le cas ici. On ne peut pas considérer la vibration du verre à pied comme une propagation de l'onde sonore dans le verre.

Bonsoir,

Merci pour la réponse. Pourriez-vous toutefois développer vos trois premières phrases? Comment est-ce qu'une onde sonore se propage-t-elle dans un milieu? Par ailleurs, je ne comprend pas bien d'où viennent les noeuds et les ventres qu'on observe en regardant le haut du verre lorsqu'il vibre. Pourriez-vous m'aider ? (Je pense que la réponse est en relation avec la propagation des ondes dans un milieu)

Merci d'avance

[LPFR]

Bonsoir,

Merci pour la réponse. Pourriez-vous toutefois développer vos trois premières phrases? Comment est-ce qu'une onde sonore se propage-t-elle dans un milieu? Par ailleurs, je ne comprend pas bien d'où viennent les noeuds et les ventres qu'on observe en regardant le haut du verre lorsqu'il vibre. Pourriez-vous m'aider ? (Je pense que la réponse est en relation avec la propagation des ondes dans un milieu)

Merci d'avance

Bonjour.
Pour la façon dont les ondes se propagent dans un milieu vous pouvez lire des chapitres:
Ondes transversales: http://forums.futura-sciences.com/at...n-ondes4-a.pdf
Ondes longitudinales: http://forums.futura-sciences.com/at...n-ondes5-a.pdf

Mais ici, dans le meilleur de cas, il ne s'agit pas d'un milieu mais d'une membrane. Je n'ai pas écrit de chapitre sur les ondes dans les membranes mais vous pouvez vous donner une idée en regardant les ondes dans une corde: http://forums.futura-sciences.com/at...n-ondes2-a.pdf
Vous remarquerez que la vitesse des ondes dépend de la masse par unité de longueur, ce qui revient, pour un même matériau à la dépendance avec l'épaisseur. Et votre verre n'a pas une épaisseur uniforme.
Pour les vibrations dans une membrane plane d'épaisseur uniforme on peut effectivement les modéliser comme la somme de deux ondes qui se déplacent dans deux directions perpendiculaires et qui forment, chacune des ondes stationnaires en se réfléchissant sur les bords.
Mais pour un objet ou une structure tarabiscotée, comme un verre à vin, un pont (Tacoma narrows bridge), ou un bâtiment (tour de Taipei). La description comme somme d'ondes n'est ni la plus simple ni la plus adaptée. On considère l'objet comme un solide et on étudie ses modes de vibration.

Le fait que l'on trouve des nœuds dans les modes ne veut pas dire qu'il faut interpréter le mode comme une somme des ondes. Par exemple, un diapason pressente deux nœuds en bas des branches, près du coude. Mais il est difficile d'imaginer quelles deux ondes peuvent donner lieu à ce mode de vibration. Aussi, la vibration des lames du xylophone ou d'un vibraphone présentent des nœuds aux endroits où elles sont tenues. Mais la forme qui prennent les lames durant l'oscillation est plutôt compliquée (pas une sinusoïde). El la position des nœuds est donné par des zéros d'une fonction de Bessel et non par les zéros d'un sinus.
Au revoir.