Ondes stationnaires ultrason et lévitation de petits objets
Un modèle de documentation minimal pour tous les types de projets. Toutes les catégories ci-dessous doivent être renseignées, même de façon succincte.
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Les fichiers sources doivent idéalement être joints à cette page grâce à l'icône trombone du menu de droite.
Des hésitations sur comment bien documenter et utiliser l'interface ? Consultez le tutoriel "Comment documenter"
Informations
- Ilayda SIMSEK (mail) M1 Physique fondamentale et applications (PFA) ; Adama DIOUF (mail) M1 PFA ; Nathan BARBE (Nathan.Barbe@sorbonne-universite.fr) M1 PFA ; Auguste MAILLOT (auguste.maillot@etu.sorbonne-universite.fr) M1 PFA CMI
- 24 janvier - mars 2024
- En présentiel les lundis, mardi et jeudi après-midi
HORAIRES D'OUVERTURE FABLAB : Lundi/Mardi/Jeudi/Vendredi 14h-18h30
Contexte et objectif
Les ondes stationnaires sont présentes dans de nombreux aspects de la vie, influençant la musique, la couleur des choses. En effet les ondes stationnaires sont utilisées dans de nombreux domaines tels que :
- La médecine (imagerie médicale)
- Acoustique des salles (contrôle de réflexion et résonance)
- Manipulation des particules (manipulation des cellules biologiques)
- Procédé Lippman: première photographie en couleur (utilise les ondes stationnaires pour mesurer une épaisseur de couches mince, elle repose sur les interférences des ondes ultrasonores pour enregistrer les différentes couleurs, les filtres interférentiel sont utilisés pour sélectionner ou filtrer les ondes ultrasonores)
C’est ce dernier exemple qui nous amène à la réalisation de ce projet, visant à exploiter une onde stationnaire ultrasonore, typiquement de 20 kHz avec des longueurs d’onde de 2 cm, pour créer un montage expérimental permettant de la produire et de la visualiser. On pourra, enfin, essayer de faire léviter des objets à travers les ventres et les nœuds de l’onde stationnaire obtenue, comme réalisé dans la vidéo
Objectifs
Ce projet vise à exploiter une onde stationnaire ultrasonore,typiquement de 20 kHz avec des longueurs d’onde de 2 cm, pour créer un montage expérimental permettant de la produire et de la visualiser.
L’onde stationnaire sera créée entre un générateur et une plaque de verre, ajustable, avec sa visualisation réalisée par la diffusion de la lumière (imagerie Schlieren).
Source : Acoustic Standing Waves and the Levitation of Small Objects, Harvard Natural Sciences Lecture Demonstrations.
Théorie
Blablabla c'est la théorie donc ça marche
Matériel
| Nom de l'élément |
Description, dimensions, caractéristiques |
Lien |
Prix unitaire | Quantité | Remarques |
| source d'onde ultra sonore |
frequence=20kHz |
1 |
|||
| sphere de polystyrene |
4mm de diametre poids=1.5 |
20 |
|||
| Pince pour la plaque de verre |
1 |
||||
| Miroir |
1 |
||||
| plaque de verre | 1 |
||||
|
BNC de sécurité
|
2 |
||||
| pincette |
1 |
||||
| 1 carte d'acquisition avec GBF incorporé + ordinateur | 1 |
Machines & outils utilisées
Découpeuse à jet d'eau ? Pour découper une lame de verre
Découpeuse laser pour support un bois de l'expérience.
Sources bibliographiques et références
Liens articles/théories + petit descriptif
Mise en place du montage
(Fichiers, sources documentaires, photos, code, explications, paramètres d'usinage, photos, captures d'écran...)
Étape 1
Pour faire le montage experimental: on dispose un plaque de verre a une distance d d'une source d'onde ultra sonore.Le plaque de verre vas reflechir le son provenant de la source vers le bas; les ondes qui descendent interfernt de maniere constructive (les deux ondes sont en phase), avec les ondes qui montent vers le plaque de verre ce qui nous donnent des regions de hautes et de basse pression fixent.
Étape 2
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Étape 3
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Journal de bord
Avancée du projet à chaque étape, difficultés rencontrées, modifications et adaptations
28/01/2024
Première réunion d'organisation à distance. Ordre du jour :
- Mise en place d'un calendrier en fonction des disponibilités de chacune et chacun.
- Clarification du sujet et du contexte de travail.
- Répartition du travail dans le temps et dans l'équipe
- Planification des jalons du projet
- Écriture d'un document pour le premier jalon du projet qui retranscrit la réunion en question.
31/01/2024
Première séance au Fablab prévue, malheureusement le lieu était fermé. Nous nous sommes donc retrouvés dans la salle de travail du couloir du master de physique pour avancer sur la recherche bibliographique préliminaire et sur l'inventaire expérimental. Nous avons mis en place cette page du wiki, et avec quelques difficultés à modifier la page à plusieurs, nous sommes arrivés à une première structure convaincante.
Avancées sur l'aspect théorique ; création d'un script MATLAB modélisant une onde stationnaire aux paramètres ajustables.
syms z
phi1 = 0; % phase at origin
c = 343; % celerity of sound in the air (20°C)
r = 1; % reflection coefficient; set to 1 (perfect mirror)
A = 1; % amplitude of the incident wave
t = linspace(0,1,20000);
l = 1; % position of the first node
k = 0.5*pi/l;
w = c*k;
n = 5; % number of nodes to display
zeros = linspace(l,(2*n+1)*pi/(2*k),n); % nodes positions
for tc = 1:length(t)
tt = t(tc);
f = @(z) A*cos(k*z-w*tt+phi1) + r*A*cos(-k*z-w*tt+phi1); % phase shift for reflected wave is 0 because of the acoustic impedance of the mirror > air
hold off
fplot(f,[0,(2*n+1)*pi/(2*k)+1],Color='blue');
ylim([-2*A, 2*A]);
xlabel('z');
ylabel('f(z)');
title(['f = A*cos(k*z-w*t+phi1) + A*cos(-k*z-w*t+phi1) ; t =' num2str(tt)]);
for i = 1:length(zeros)
xline(zeros(i), 'r--', 'HandleVisibility', 'off'); % Vertical line at x_values(i) with red dashed line
end
legend('show');
hold on
% update screen
drawnow limitrate
end