Qu'est-ce que c'est ?
Comment le mesurer en classe
Avec FizziQ, les élèves peuvent mesurer la période d'un son en analysant l'oscillogramme affiché à l'écran.
Étapes :
Ouvrir FizziQ et sélectionner l'outil Oscillogramme. Placer le smartphone sur une table, à l'écart des sources de bruit parasite.
Jouer une note avec un diapason, une flûte ou un son pur depuis la bibliothèque de sons de FizziQ. Capturer le signal.
Sur l'oscillogramme obtenu, repérer deux crêtes successives identiques et mesurer la durée qui les sépare à l'aide des curseurs. Cette durée est la période T.
Calculer la fréquence en utilisant la formule f = 1/T. Comparer avec la fréquence affichée par le fréquencemètre de FizziQ pour vérifier la cohérence des mesures.
Activités scientifiques sur ce thème
Plusieurs expériences facilement réalisables avec un smartphone, une tablette ou un ordinateur permettent de mesurer la période d'un phénomène oscillant.
1 : Période d'un pendule - Construire un dispositif pour déterminer avec précision la période d'un pendule : https://www.fizziq.org/team/p%C3%A9riode-d'un-pendule
2 : Diapasons - Étude des fréquences des diapasons au cours de l'histoire : https://www.fizziq.org/team/diapasons
3 : Pendule de Newton - Énergie mécanique et loi de conservation de l'énergie pour un pendule de Newton : https://www.fizziq.org/team/pendule-de-newton
4 : La gamme - Étude de la relation entre notes de musique et fréquences : https://www.fizziq.org/team/la-gamme
En savoir plus
Un peu d'histoire
Galilée, en observant les oscillations d'un lustre dans la cathédrale de Pise vers 1583, découvre que la période d'un pendule ne dépend pas de l'amplitude du mouvement. Cette propriété, appelée isochronisme, est à l'origine des premières horloges à pendule construites par Huygens en 1656.
Ordres de grandeur
La période des sons audibles varie de 0,05 ms (20 000 Hz, son très aigu) à 50 ms (20 Hz, son très grave). Un battement cardiaque a une période d'environ 0,8 s. La Terre tourne autour du Soleil avec une période d'un an, soit environ 3,15 × 10⁷ secondes.
Période et longueur d'onde
La période est liée à la longueur d'onde par la relation λ = v × T, où v est la vitesse de propagation. Pour le son dans l'air à 20 °C (v ≈ 343 m/s), un la 440 Hz a une longueur d'onde de 78 cm.
Expériences complémentaires
L'expérience Période d'un pendule permet de déterminer avec précision la période d'oscillation d'un pendule et de vérifier les lois de Galilée.
Formule
T = 1 / f
Signification :
T : période (s)
f : fréquence (Hz)
Pour un pendule simple : T = 2π × √(L / g)
L : longueur du pendule (m)
g : accélération de la pesanteur (m/s²)
Exemples d'application
- Le balancier d'une horloge effectue un aller-retour en une période de 2 secondes exactement
- Le courant électrique domestique en France oscille avec une période de 20 millisecondes (50 Hz)
- Le battement du cœur humain au repos a une période d'environ 0,8 seconde
- La note la (440 Hz) d'un diapason a une période de 2,27 millisecondes
- La Terre effectue une rotation complète en une période de 24 heures
FAQ
Q : Quelle est la relation entre période et fréquence ?
R : La période et la fréquence sont inverses l'une de l'autre. T = 1/f. Si un son a une fréquence de 500 Hz, sa période est de 1/500 = 0,002 s, soit 2 millisecondes.
Q : Comment mesurer la période d'un son sur un oscillogramme ?
R : On repère deux points identiques successifs du signal (par exemple deux crêtes) et on lit la durée qui les sépare sur l'axe du temps. Cette durée est la période.
Q : La période d'un pendule dépend-elle de sa masse ?
R : Non. Pour un pendule simple, la période ne dépend que de la longueur du fil et de l'accélération de la pesanteur. C'est un résultat découvert par Galilée.
Q : Pourquoi la période est-elle utile en musique ?
R : Parce que la période détermine la fréquence, donc la hauteur de la note. Deux instruments jouant la même note produisent des sons de même période.
Q : Comment FizziQ mesure-t-il la période ?
R : FizziQ analyse le signal capté par le microphone et affiche l'oscillogramme. L'élève peut utiliser les curseurs pour mesurer la période, ou lire directement la fréquence fondamentale calculée par l'application.