II/ LEVITATION ACOUSTIQUE D'UNE MATIERE

A) Un fonctionnement très complexe

La lévitation ultrasonore (ou acoustique) est basée sur un aller retour d’ultrason d'une fréquence assez importante et inaudibles pour l'homme.

Pour qu'elle soit possible, il faut:

-que l'onde exerce une force non nul

-que l'onde sonore appartienne au domaine de l’ultrason

-que la force exercé compense celle de la gravité

-obtenir une onde stationnaire

Le dispositif se compose d'une plaque qui fait office de réflecteur à laquelle on va opposer une autre plaque mais cette fois-ci vibrante. C'est à partir de cette dernière que les ondes seront émises.

L'onde sonore émise va ensuite se réfléchir sur le réflecteur. Les deux mouvements de l'onde vont se superposer pour former une onde stationnaire.

Une onde stationnaire est un phénomène obtenue lors de la propagation simultanée dans des sens opposés de plusieurs ondes de même fréquence et de même amplitude, dans le même milieu physique, qui forme une figure dont certains éléments sont fixes dans le temps.

En résumé:

On obtient comme résultat d'expérience : ( nous n'avons malheureusement pas pu réaliser l’expérience au lycée par manque de matériel)

B) Conditions à réunir pour faire léviter un homme

Nous savons à présent comment fonctionne la lévitation acoustique en générale. Nous allons voir les conditions requises pour permettre à un homme de léviter.

On pose une situation dans laquelle l'homme, que nous cherchons à faire léviter, mesurerait 1m50 et aurait une masse de 60kg. Nous calculons donc, grâce à ces données, la surface occupée par l'homme:

On obtiendra le schéma suivant

Nous allons d'abords chercher la longueur d'onde à utiliser pour faire léviter un homme

Sachant que l'homme de notre situation mesure 1m50 alors les cycles de l'onde sonore doivent faire au minimum le double de le mesure de l'homme, ainsi, on prendra pour longueur d'onde λ=1,5×2=3 m.

On choisit une tel longueur d'onde de sorte à ce que les forces de pression acoustique ( présentes dans les ventres de l'onde stationnaire) puissent exercer leurs forces sur l'homme .

A partir de cela, on peut déterminer la fréquence sonore a utiliser ( on obtiendra une ordre de grandeur, pas une valeur précise)

Nous obtenons une fréquence que l'on pourrait trouver dans le domaine de l'audible, cependant choisirons tout de même une fréquence sonore dans le domaine de l'ultrasons pour éviter tous risque de dégâts sur l'homme en lévitation, ( perforation des tympans, ou autre problèmes liés à l'oreille).

On cherche maintenant à déterminer la force de pression à utiliser pour notre onde sonore . Pour cela, on prend en compte que pour faire léviter un homme, ou une matière, il faut utiliser une force supérieur au poids.

Le poids est égal a p=m×g avec g la force de gravité (9,8 N/kg), p le poids en Newton et m la masse en kg.

p=60×9,8

p=588 N

Nous prendrons donc une force de pression de 600 Newton. Ainsi, nous somme sûre que la force de pression sera supérieure au poids ( les calculs peuvent être imprécis car on ne prend pas en compte tous les éléments ).

A partir de cela, on va déterminer la pression que va exercer l'onde sonore.

Avec la pression en Pascal, la force de pression en Newton et la surface en m²

Maintenant que l'on connaît la pression qui va s'exercer, on peut calculer l'intensité sonore qu'il va falloir utiliser pour faire léviter un homme

Nous allons maintenant mettre cette intensité en décibel

Ainsi, nous obtenons une intensité sonore très élevée. Elle est proche de celle d'une fusée Ariane au décollage.

Nous avons donc obtenues les différentes conditions à réunir pour faire léviter un homme, cependant ce sont des résultat simpliste. En effets, d'autres forces que celle de la gravité et de la pression de l'onde sonore devraient normalement être prisent en compte, tel que la pression de radiation qui est pourtant assez importante. Les calculs étaient bien trop complexe pour des élève de 1ere S.