Enseignement scientifique 1re - 2023

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Esprit critique
Une longue histoire de la matière
Ch. 1
Les éléments chimiques
Ch. 2
Les cristaux, des édifices ordonnés
Ch. 3
Une structure complexe : la cellule
Le Soleil, notre source d'énergie
Ch. 4
Le rayonnement solaire
Ch. 5
Le bilan radiatif terrestre
Ch. 6
Énergie solaire, photosynthèse et nutrition
Ch. 7
Énergie solaire et humanité
La Terre, un astre singulier
Ch. 8
La forme de la Terre
Ch. 9
L’Histoire de l'âge de la Terre
Ch. 10
La Terre dans l'Univers
Son et musique, porteurs d'information
Ch. 12
Le son, une information à coder
Ch. 13
Entendre et protéger son audition
Projet expérimental et numérique
Livret Maths
Annexes
Chapitre 11
Activité 2 - en groupe

La fondamentale d'une corde vibrante

17 professeurs ont participé à cette page
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Introduction
Les instruments à cordes, qu'ils soient à cordes pincées comme la guitare, à cordes frottées comme le violon ou à cordes frappées comme le piano, produisent des sons grâce à la vibration d'une ou de plusieurs cordes simultanément.
Quelle relation existe-t-il entre la longueur d'une corde et la fréquence f du son produit ?
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Ce que j'ai déjà vu

La fréquence
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Groupe 1
La modélisation d'une série de mesures

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Doc. 1
Le montage de la corde de Melde !

Le montage de la corde de Melde
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Le dispositif expérimental utilisé, appelé expérience de la corde de Melde en hommage au physicien allemand Franz Melde, permet de déterminer la fréquence fondamentale f_1 d'une corde vibrante. La fréquence fondamentale est la plus petite fréquence à laquelle la corde vibre naturellement.

Pour une corde de longueur l, on repère la fréquence fondamentale comme étant la fréquence pour laquelle la corde ne forme qu'un seul fuseau.
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Doc. 2
Les mesures obtenues

Longueur de la corde l (cm)Fréquence du fondamental f1 (Hz)
8515,0
8015,8
7516,8
7017,2
6518,8
6020,4
5522,8

Mesures de fréquences fondamentales en fonction de la longueur de la corde vibrée.
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Travaux pratiques : expérience de la corde de Melde

Protocole expérimental :
  • Mesurer la longueur \ell entre le générateur de vibrations et la poulie.
  • Allumer le générateur de vibrations.
  • Ajuster la fréquence f de vibrations pour obtenir l'amplitude de vibrations de la corde la plus élevée possible pour un seul fuseau.
  • Relever cette fréquence de vibration correspondant à la fréquence fondamentale f_{1}.
Liste du matériel disponible :
  • générateur de vibrations ;
  • corde vibrante ;
  • masselotte de 100 g ;
  • poulie.
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Instant Maths

Retrouvez des rappels de cours et des exercices d'application sur le tracé, la lecture d'un graphique et la modélisation
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Indicateurs de réussite
1. Avoir représenté l'évolution de f_{1} en fonction de \ell.
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2. Avoir modélisé la courbe par le modèle mathématique le plus approprié parmi les suivants :




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3. Avoir communiqué ses résultats au reste de la classe.
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Groupe 2
Les frettes d'une guitare

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Doc. 3
Les éléments d'une guitare

Placeholder pour les éléments d'une guitareles éléments d'une guitare
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Une guitare d'étude et ses éléments.

Une guitare électrique est constituée de trois grands éléments :
  • la tête sur laquelle se situent le sillet et les mécaniques permettant de modifier la tension des cordes ;
  • le manche sur lequel sont disposées des frettes métalliques perpendiculaires à l'axe du manche ;
  • le corps où sont positionnés les micros, les boutons de réglage et le chevalet.
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Doc. 4
Les fréquences obtenues

Pour modifier la fréquence fondamentale f_{1} du son émis par une corde, le guitariste appuie sur celle-ci au niveau d'une case, entre deux bornes métalliques appelées frettes. Cette action permet de raccourcir la longueur \ell de corde vibrante jusqu'à la frette qui suit la position du doigt.

Numéro de la frette (en partant du haut)Fréquence du fondamental f_1 (Hz)
082
187
293
398
4104
5110
6117
7123

Fréquences du fondamental obtenues en fonction du numéro de la frette en contact avec la corde.
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Indicateurs de réussite
1. Avoir mesuré la longueur \ell_{0} de la corde la plus à gauche de la guitare entre le chevalet et le sillet sur la photographie.
2. Pour les huit premières frettes, avoir mesuré les distances \ell_{1} les séparant du chevalet sur la photographie.
3. Avoir modélisé l'évolution de la fréquence fondamentale émise par la corde de gauche f_{1} en fonction de la distance entre la frette et le chevalet \ell par le modèle mathématique le plus adapté :




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4. Avoir communiqué ses résultats au reste de la classe.
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