Voir le son – Expérience à faire à la maison

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Le tonoscope

Le tonoscope est un appareil simple à fabriquer qui te permettra de produire des formes étonnantes avec le son de ta voix. Utilise-le pour impressionner ta famille et tes amis en leur faisant un spectacle scientifique!

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Matériel nécessaire pour la fabrication du tonoscope

Ce dont tu auras besoin

  • Un pot de yogourt de 750 g
  • Un ballon de fête (de couleur foncée, idéalement noire)
  • Deux tubes de rouleau essuie-tout
  • Du sel de table
  • Du ruban adhésif
  • Des ciseaux
  • Un couteau à lame rétractable (Demande à tes parents la permission d’utiliser cet outil.)
  • Un crayon-feutre

Fabrication

  • Au crayon-feutre, trace le contour de l’extrémité du tube de rouleau d’essuie-tout sur le bas de la paroi du pot de yogourt.
  • À l’aide d’un couteau à lame rétractable ou d’une paire de ciseaux, découpe le pot de yogourt sur le contour tracé pour faire une ouverture circulaire. Si nécessaire, demande à tes parents de t’aider à faire cette étape.
  • Insère un tube de rouleau d’essuie-tout dans l’ouverture et fixe-le en place avec du ruban adhésif.
  • À l’aide de ruban adhésif, fixe un deuxième tube de rouleau d’essuie-tout, à l’extrémité du premier, en l’inclinant vers le haut. Ce tube devrait être incliné de façon à te permettre de projeter des sons à l’intérieur du tonoscope, tout en voyant le dessus du pot de yogourt.
  • Coupe le centre du couvercle du pot de yogourt pour ne garder qu’une mince bande de fixation.
  • Coupe l’embouchure du ballon.
  • Place le ballon, bien étiré, sur le dessus du pot de yogourt.
  • Fixe le ballon en place avec le contour du couvercle.
  • Voilà tu as terminé! Tu peux maintenant tester ton tonoscope et montrer ton expérience à toute ta famille et à tes amis.
Le tonoscope

Expérimente avec le tonoscope

  • Saupoudre toute la surface du ballon avec un peu de sel.
  • Garde bien le pot stable à l’horizontale.
  • Chante, parle, crie, etc. pour faire apparaître des formes remarquables! Tu pourras modifier la forme qui apparaît en changeant la hauteur de la note que tu produis.

Un peu d’histoire

Le tonoscope est une expérience simple qui permet de visualiser les vibrations causées par une onde sonore. Elle s’inspire des expériences qui ont été réalisées il y a plus de deux cents ans par Ernst Chladni.  Au début du XIXe siècle, ce scientifique fait le tour de l’Europe afin de « montrer le son » à l’aide d’un archet, qu’il utilise pour faire vibrer des plaques métalliques et y faire apparaître des figures bien particulières. Cette expérience intrigante attire l’attention de l’Académie des sciences en France qui lance un concours avec à la clé un prix de 3 000 francs pour qui saurait déterminer une théorie mathématique à propos des figures observées. Il fallut près de sept ans avant que le défi soit relevé. En 1816, c’est une femme, Sophie Germain, qui remporta les honneurs avec son essai intitulé Recherches sur la théorie des surfaces élastiques.

Cette extraordinaire mathématicienne, en refusant de se soumettre aux mœurs de son époque, réussit à repousser les barrières qui empêchaient les femmes d’avoir accès à une éducation scientifique, ce qu’elle acquerra d’ailleurs de manière autodidacte. En outre, Sophie Germain apportera également d’importantes contributions à la théorie des nombres.

L’expérience des plaques de Chladni, dont s’inspire le tonoscope, est aujourd’hui une démonstration scientifique classique permettant littéralement de Voir le SON.

L'expérience des plaques de Chladni
Trois figures obtenues avec un tonoscope en chantant à une fréquence de résonance.
Trois figures obtenues avec un tonoscope en chantant à une fréquence de résonance.

Pour aller plus loin – un tonoscope amélioré

On peut fabriquer un tonoscope plus grand et plus solide avec des matériaux de plomberie facilement accessibles. Par exemple, le tonoscope suivant a été assemblé à partir des tuyaux et raccords ABS suivants, disponibles dans la plupart des quincailleries.

  • Capuchon permanent ABS 4 po
  • Raccord en Y ABS 4 po x 4 po x 2 po (F x F x F)
  • Tuyau ABS 4 po d’une longueur d’environ 8 cm
  • Tuyau ABS 2 po d’une longueur d’environ 1 m
  • Collier de serrage pour un tuyau de 4 po
  • Ballon de fête noir de grande taille
Un tonoscope amélioré