Cette nouvelle expérience dédiée à l’étude de la fréquence de vibration propose la même démarche que l’expérience précédente. Par conséquent, nous donnons une présentation succincte des objectifs des quatre tâches qui vont suivre et des réponses possibles des élèves.
III.1 Tâche 6 : ’Expérience’
III.1.1 Enoncé
’Augmenter puis diminuer la fréquence de la tension à partir du bouton fréquence.
Dans cette nouvelle expérience, l’amplitude de la tension reste constante’
L’objectif de cette tâche est de rappeler les phénomènes mécaniques et sonores liés à la variation de la fréquence de la tension électrique. Il est possible que les élèves construisent ces relations tout en actionnant le bouton de ’réglage de la fréquence’ :
A ’très basse fréquence’ : observation du mouvement de la membrane et aucune perception sonore.
A ’ basse fréquence’ : impossibilité d’observer le mouvement de la membrane du haut-parleur et aucune perception sonore.
A fréquence audible : impossibilité de percevoir le mouvement de la membrane du haut-parleur et perception sonore d’un son de plus en plus aigu.
Nous pouvons nous attendre à ce que les élèves décrivent les phénomènes dans les termes suivants74 :
’La membrane effectue des mouvements quand on baisse la fréquence’ ; ’plus rapide’ ; ’elle fait des mouvements plus ou moins rapides’ ; ’elle fait des mouvements plus rapides quand on augmente’
De ce fait, cette simulation est censée amener les élèves à faire référence aux connaissances relatives : au phénomène de persistance rétinienne, à la relation entre la perception sonore et la fréquence, la définition de la fréquence
III.2 Tâche 7 : ’Etude 1’
III.2.1 Enoncé
’Au cours de cinq expériences un manipulateur bouge un bouton de réglage de la fréquence et parfois de l’amplitude. Pour laquelle de ces cinq expériences, le manipulateur ne fait qu’augmenter le bouton fréquence ?’
L’objet de l’’étude 1’ est d’amener les élèves à différencier la fréquence de l’amplitude et à favoriser construire une représentation du phénomène mécanique associé à une augmentation de la fréquence de la tension électrique. Pour déterminer l’animation correspondante à l’augmentation de la fréquence, nous supposons que les élèves mettront en relation le niveau des objets événements simulés avec celui de la théorie-modèle. En cas de difficulté, comme précédemment, ils pourront se référer à la simulation. Enfin, nous attendons que les élèves mettent en oeuvre les connaissances relatives aux définitions de l’amplitude et de la fréquence.
III.3 Tâche 8 : ’Etude 2’
III.3.1 Enoncé
En quoi le son est différent lorsque vous augmentez la fréquence :
De plus en plus fort
De plus en plus aigu
De plus en plus faible
De plus en plus grave
Aussi fort (ou faible) et aussi grave (ou aigu)
L’’Etude 2’, situé dans le dernier onglet, a pour objectif de favoriser l’articulation entre les phénomènes sonores et physiques. Au vu de données recueillies lors de séances de TP classique (Lycée de St Genis Laval), nous avons relevé principalement deux sortes de réponses, ’le son est plus aigu, la hauteur varie’, ’le son est plus aigu’ sans identifier des confusions entre la fréquence et l’amplitude.
III.4 Tâche 9 : ’Interprétation’
III.4.1 Enoncé
Maintenant il vous est demandé de faire le lien entre la vibration et la perception sonore. Relier la variation de la fréquence de la tension avec la sensation auditive à partir de l’expérience ci-contre. Justifier.
Cette dernière tâche est censée aider les élèves à prendre conscience de la relation entre la fréquence de la tension électrique et la fréquence de vibration de l’objet matériel via la perception sonore. En effet, la vidéo située dans la demi-page-écran de droite montre une main qui modifie lentement la fréquence de la tension électrique. Lors de la rédaction de leur réponse dans l’encadré situé en dessous de l’énoncé nous nous attendons à ce que les élèves mettent en oeuvre des connaissances relatives à la relation entre la perception sonore et les caractéristiques de la vibration, et à la relation entre la fréquence de la source de son et celle de la tension électrique.
III.5 Tâche 10 : Une petite pause
III.5.1 Enoncé
’Vous venez d’étudier les caractéristiques du son à partir d’un GBF et d’un haut-parleur. Maintenant vous allez utiliser un oscilloscope.’
III.5.2 Activités des élèves
Nous nous attendons à ce que l’activité des élèves soit réduite à lire et à observer les vidéos.
Elèves de classe de seconde du Lycée de Givors répondant aux questions : ’Quelle conséquence cela a t-il sur le mouvement de la membrane (l’augmentation de la fréquence) ?’. Que pouvez-vous dire de ce que vous entendez et de ce que vous voyez ?