Casser du verre avec du son

[astanglee]

Bonjour,

nous sommes un groupe de 16 élèves de cinquième dans un Atelier Scientifique et Technique (en clair, nous aimons tellement les sciences que nous avons choisi d'en faire deux heures de plus par semaine ).

Notre sujet de recherche cette année est "Peut-on casser du verre avec des ultrasons ?"

Tout d'abord, nous avons recherché si c'était possible avec du son et maintenant, nous recherchons quels paramètres font varier la fréquence propre du verre afin de trouver le verre qui correspond aux ultrasons (s'il existe ! ).

Malheureusement, nous nous heurtons à deux problèmes :
- pour certains verres, notre son n'est pas assez puissant. Nous avons vu qu'il était possible de concentrer les ondes (avec un tube ou un trou dans une planche) mais les explications étaient tellement floues et peu chiffrées que tous nos essais n'ont pas abouti. Un membre du forum pourrait-il nous aider ?
- Nous avons pu constater que la forme du verre (dans ce cas, il s'agit du récipient) avait une influence sur sa fréquence propre. Maintenant, nous aimerions savoir si l'épaisseur d'une plaque de verre a également une influence. Comme il nous est difficile d'obtenir des plaques de différentes épaisseurs, nous voudrions savoir si quelqu'un a déjà fait une étude sur ce point et aurait des résultats.

Merci beaucoup pour votre aide.

Les élèves d'un Atelier Scientifique et Technique de l'ouest de la France.
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[jacknicklaus]

quelques idées ici : https://www.youtube.com/watch?v=DP4wQmOGy5w

[penthode]

d'autres idées là :

http://fr.tintin.com/images/tintin/a...703C2COLOR.jpg

[Fustigator]

d'autres idées là :

http://fr.tintin.com/images/tintin/a...703C2COLOR.jpg

L'Affaire Tournesol, non ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gwinver]

Bonsoir.

Normalement, le verre casse lorsque le son corresponds à l'une de ses fréquences de résonances. Cette fréquence dépend de la forme du verre et de ses dimensions.

Apparemment, vous êtes déjà arrivés à casser du verre. Avez-vous relevé les conditions de l'essai?

Pour concentrer le son, il me semble qu'une bonne méthode est une parabole. Une parabole de réception de TV par satellite devrait pouvoir faire l'affaire. La pièce en verre est à placer au foyer de la parabole. La parabole peut concentrer vers le verre les sons issus de plusieurs sources sonores de petites dimensions.

[Pio2001]

Bonjour,

Pour concentrer le son, il me semble qu'une bonne méthode est une parabole. Une parabole de réception de TV par satellite devrait pouvoir faire l'affaire. La pièce en verre est à placer au foyer de la parabole. La parabole peut concentrer vers le verre les sons issus de plusieurs sources sonores de petites dimensions.

Cela me paraît hyper compliqué pour une classe de cinquième, car il faudrait s'assurer que l'onde soit plane dès le départ. Et même comme ça, je ne vois pas concrètement comment obtenir un son plus fort que celui enregistré à la sortie du ou des haut-parleurs.

- pour certains verres, notre son n'est pas assez puissant. Nous avons vu qu'il était possible de concentrer les ondes (avec un tube ou un trou dans une planche) mais les explications étaient tellement floues et peu chiffrées que tous nos essais n'ont pas abouti. Un membre du forum pourrait-il nous aider ?

Cela me paraît également très compliqué. Le plus simple est de prendre un haut-parleur et de placer le verre juste devant.

Pour briser du verre avec un son, le volume sonore est important, et la fragilité du verre également. Mais la hauteur de la note jouée est aussi extrêmement importante. Si la note n'est pas rigoureusement exacte, le verre restera inerte.

Par contre, pour émettre des ultrasons, vous faites comment ?

[penthode]

on peut très bien y arriver dans la gamme audible.

attention aux enceintes et aux oreilles !

[f6bes]

Et même comme ça, je ne vois pas concrètement comment obtenir un son plus fort que celui enregistré à la sortie du ou des haut-parleurs.

Par contre, pour émettre des ultrasons, vous faites comment ?

Bjr à toi,
On utilise la parabole en tant que concentrateur et focalisateur du son.
Il faut de préférence, que l'angle d'ouverture ( de diffusion) du son corresponde à la surface de la parabole.
Si l'angle d'ouverture du HP est plus petit que le diamétre de la parabole, alors une partie de la parabole ne sert
à rien.
Si l'angle d'ouverture du HP est trop grand, alors une partie du son passe à coété de la parabole.
Si tout est parfait on obtient ( par concentration) un gain qui peut etre appréçiable.
Que fait on d'autre lorsqu'on met la main prét de l'oreille pour AUGMENTER le son reçu ( et pourtant on a pa augmenter
la puissance des HP). Avec la parabole c'est le meme principe...en mieux et plus efficasse.
Le hic c'est de connaitre l'angle d'ouverture ( de rayonnement du HP) et de connaitre le point focal de la parabole.

Pourquoi vouloir parler ulltra son, suffit de choisir la fréqence en concordance avec la fréquence de raisonnance
de l'objet.
Là ça dépends des dimensions géométriques de l'objet.

Plus on s'éloignede la fréquence de résonnance , plus il faudra de puissance de la part de fréquence émise. Ce que l'on pourra
casser avec 1 watt , en n"cessitera plusieurs fois plus pour obtenir le résultat.
Bonne journée

[Gwinver]

Bonjour.

En complément de F6BES. En prenant une parabole de réception de télévision par satellite, le point focal est l'emplacement de la tête de réception.

Par ailleurs,

car il faudrait s'assurer que l'onde soit plane dès le départ.

, il est vrai que la théorie est qu'une parabole concentre des ondes sur un chemin parfaitement parallèle vers un foyer. En pratique, il est tout à à fait possible de s'éloigner de cette condition, la concentration sera de moins bonne qualité et éventuellement pas tout à fait au foyer. Mais, même dans ces conditions moins académiques, il y a concentration.
D'ailleurs, les réceptions de télévision par satellites sont souvent équipées de deux têtes de réception pour une même parabole, une au moins n'est pas au foyer de la parabole, mais la réception est tout de même possible.

Au minimum, on a deux effets :

le son issu de la source va directement vers le verre.
La source de son est en général peu directive, une partie du son ne va donc pas vers le verre. Il y est renvoyé par réflexion sur la parabole.
Donc le niveau de son au niveau du verre est renforcé.

[astanglee]

Merci pour votre aide.
Je réponds à quelques idées et questions que vous m'avez écrites :
Pio2001 --> Nous n'avons pas dit que nous allions produire des ultrasons. Nous voulons juste savoir si cela est possible (c'est l'image qui est véhiculée en général). Les premières recherches que nous avons commencé à faire tendraient à montrer que le verre qui correspondrait aux ultrasons ne peut pas exister. Nous arrivons à cette conclusion en étudiant l'influence du volume du verre sur la fréquence nécessaire pour le casser.
Gwinver --> Nous n'avons pas encore réussi à en casser un, le verre vibre mais les ondes ne sont pas assez puissantes (bonne fréquence, bons hauts parleurs et bon ampli pourtant).
Gwinver --> L'idée de la parabole est très intéressante mais elle nous pose un problème. En effet, nous devons présenter les résultats de notre recherche et, pour éviter de casser les oreilles à tout le monde, elle se réalisent dans un caisson insonorisé avec une surface transparente devant. Si nous plaçons la parabole face au haut parleur, elle sera derrière la surface transparente et nous cachera donc le verre. J'avais vu qu'on pouvait concentrer le son avec un tube mais la technique du tube ou du trou n'est pas très précise et pour l'instant, nos essais "au pif" ne donnent rien.

Nous espérons pouvoir compter encore sur votre aide si vous avez d'autres idées.

[Gwinver]

Bonsoir.

Merci de votre petit résumé.
Quelle est la dimension du caisson insonorisé?

Au niveau parabole, vous pourriez utiliser une parabole "offset" qui pourrait éviter de cacher le verre.
Pour comprendre, il faut regarder les paraboles de réception de télévision par satellite.
Classiquement, un réflecteur parabolique (souvent dans le cas des phares de voiture) est une surface avec symétrie autour d'un axe, on dit aussi "prime focus".
La parabole offset (souvent employée dans les stations de réception de télévision par satellite) est une portion de cette surface éloignée de l'axe de symétrie comme expliqué ici: http://nif.free.fr/parabole.html.
Une parabole offset aurait l'avantage de ne pas cacher le verre à briser.

Il y a aussi la possibilité de montrer l'image à l'aide d'une caméra, mais, c'est un peu moins spectaculaire.

[Pio2001]

Gwinver --> Nous n'avons pas encore réussi à en casser un, le verre vibre mais les ondes ne sont pas assez puissantes (bonne fréquence, bons hauts parleurs et bon ampli pourtant).

Vous prenez bien des verres en cristal ? Ils résonnement mieux que les verres en verre ordinaire. De plus, ils sont souvent très fins, donc plus fragiles.

[Gwinver]

Bonsoir.

Deux éléments d réflexion qui me sont revenus après.
Si vous avez noté la fréquence provoquant une vibration, vous devriez aussi pouvoir utiliser les multiples de cette fréquence, avec, toutefois un peu plus de puissance, mais au delà d'un certain rang, les harmoniques sont dans le domaine des ultrasons. Il faut tester les harmoniques impaires et paires en fonction du mode de vibration du verre.

Le problème de puissance peut aussi résulter du fait que le son issu d'un haut parleur se diffuse dans toutes les directions
Il existe des hauts parleurs destinés à une transmission directive, il y en a deux modèles : les classiques : http://www.tkgeo.com/ftp/download/fr...descriptif.pdf et les modèles à ultrasons : https://centre-audition.com/sonorisa...audiobeam.html. Par contre, je ne suis pas sûr que ce deuxième modèle soit adapté.

[jacknicklaus]

Vous prenez bien des verres en cristal ? Ils résonnement mieux que les verres en verre ordinaire. De plus, ils sont souvent très fins, donc plus fragiles.

naturellement. Par exemple ici : https://www.baccarat.fr/fr/arts-de-l...lasses#start=1

excellents verres et parfaitement abordables côté prix pour du matériel d’expérience en classe de 5ème.

[Pio2001]

Ben, j'sais pas, les deux premiers résultats que je trouve sur le web, c'est 7 euros la flûte en cristal, ou 35 euros le lot de 6 coupes.

[astanglee]

Nous avons pensé aux multiples de la fréquence mais la puissance nécessaire semble très vite impossible à fournir. Existe-t-il une formule physique qui nous permettrait de la calculer, voir même de prouver que c'est impossible avec des ultrasons ?

[astanglee]

Tous nos tests se font sur des verres en cristal assez fin (fréquence de vibration dans les 400-500 Hz)

[astanglee]

Gwiner --> Je n'ai pas le caisson sous les yeux, il est au collège mais je dirais à peu près 30x45x30 cm

[astanglee]

petit message à didier941751 qui m'envoie des messages privés : sa boite est pleine et je en peux pas lui répondre ...

[Gwinver]

Bonsoir.

Côté fréquence avec :

fréquence de vibration dans les 400-500 Hz

je crois qu'il faut oublier la piste des harmoniques. Les ultrasons démarrent à 20 000 Hz, il y a peu de chances d'avoir une forme d'onde avec encore suffisamment de puissance dans les harmoniques avec de tels rangs. Il faudrait une source directement à l'harmonique en question.

[Gwinver]

Re-bonsoir.

A la réflexion, la dimension du caisson me semble petite pour contenir le verre, un haut parleur et une parabole, le tout avec l'agencement adéquat.
D'où la question : qu'utilisez-vous pour générer le son, est-ce un haut parleur?

Si c'est un haut parleur, il est peut ête possible de le remplacer par un transducteur piézo-électrique https://fr.rs-online.com/web/p/produ...E&gclsrc=aw.ds
par exemple, ce composant a un bon rendement et est capable d'atteindre 94 dB et est capable de générer de 300 Hz à 5 kHz.
Au vu de la taille, il serait possible d'en mettre plusieurs dans la boîte.
Je n'ai pas fait de recherche très longue, il y a peut être mieux ou plus adapté à votre utilisation.

[astanglee]

Gwiner --> Merci de poursuivre ta recherche avec nous
Concernant les harmoniques pour le verre vibrant à 400 Hz, nous avions constaté que le volume nécessaire pour le faire vibrer augmentait très rapidement avec les harmoniques (nous aurions bien aimé trouver un calcul mathématiques mais nos recherches n'ont aboutis à rien.
Nous sommes donc partis à la recherche des caractéristiques du verre vibrant directement dans les ultrasons. Comme nous avons commencé par travailler sur des volumes, nous avons recherché l'influence du volume puis nous avons poursuivi les recherches sur l'épaisseur du verre. Après construction de graphiques, nous avons constaté que le verre hypothétique serait d'une épaisseur inférieure au micromètre et avec un volume quasi nul. Comme on n'a pas les moyens de travailler avec les nanotechnologie , on a estimé que ce verre avait peu de chance d'exister.
Merci pour le lien sur le transducteur, j'envoie ça tout de suite au professeur de technologie pour savoir ce qu'il en pense (3 profs nous accompagnent : SVT, phys-chimie et techno).