Nature d'une onde sonore | Physique Chimie Seconde

Une onde sonore est une onde mécanique :

• Elle nécessite un milieu matériel pour se propager
• Elle ne peut pas se propager dans le vide
• Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière

L'onde sonore se propage par compression et raréfaction des particules du milieu :

• Compression : particules proches les unes des autres
• Raréfaction : particules éloignées les unes des autres

Les ondes sonores sont des ondes longitudinales :

• La direction de propagation est parallèle à la direction de vibration
• Les particules vibrent dans la même direction que la propagation

Les ondes sonores se propagent très bien dans les solides :

• Les particules sont proches les unes des autres
• Les forces de cohésion sont fortes
• La vitesse de propagation est élevée
• Exemples : câbles, rails de chemin de fer, murs

Les ondes sonores se propagent dans les liquides :

• Moins rapidement que dans les solides
• Plus rapidement que dans les gaz
• Exemples : eau, huiles, sang

Les ondes sonores se propagent dans les gaz :

• Particules éloignées les unes des autres
• Vitesse de propagation moyenne
• Exemple : air atmosphérique (340 m/s à 20°C)

Les ondes sonores ne se propagent pas dans le vide :

• Absence de particules pour transmettre la perturbation
• Impossible d'entendre un son dans l'espace

Où :

• v = vitesse de propagation (m/s)
• d = distance parcourue (m)
• t = durée de propagation (s)

• Air (20°C) : environ 340 m/s
• Eau : environ 1500 m/s
• Acier : environ 5000 m/s
• Aluminium : environ 6300 m/s

• Température du milieu
• Densité du milieu
• Élasticité du milieu

Dans les gaz, la vitesse du son augmente avec la température :

La fréquence est le nombre de vibrations par seconde :

• Unité : Hertz (Hz)
• Relation : f = 1/T (T = période)
• Liée à la hauteur du son perçu

L'amplitude est la grandeur maximale de la perturbation :

• Liée à l'intensité sonore perçue
• Plus l'amplitude est grande, plus le son est fort
• Liée à l'énergie transportée

La longueur d'onde est la distance entre deux points identiques successifs :

• Unité : mètre (m)
• Relation : λ = v/f (v = vitesse de propagation)

La période est la durée d'un cycle complet :

• Unité : seconde (s)
• Relation : T = 1/f

• Distance : d = 10 km = 10 000 m
• Durée : t = 30 s
• Vitesse : v = ?

On utilise la relation : v = d/t

La vitesse du son dans l'air est de 333.3 m/s.

• Fréquence : f = 440 Hz
• Vitesse dans l'air (20°C) : v = 340 m/s
• Longueur d'onde : λ = ?

On utilise la relation : λ = v/f

La longueur d'onde de ce son est de 0.773 m (soit 77.3 cm).

L'oreille humaine perçoit les sons dans une plage de fréquence :

• Inférieure : environ 20 Hz
• Supérieure : environ 20 000 Hz (20 kHz)
• Cette plage diminue avec l'âge

• Infrasons : f < 20 Hz
• Ultrasons : f > 20 000 Hz
• Ces ondes existent mais ne sont pas audibles

• Chiens : jusqu'à 45 000 Hz
• Chauves-souris : jusqu'à 100 000 Hz
• Éléphants : capables d'entendre les infrasons

Les ultrasons sont utilisés en médecine pour :

• Imagerie médicale (échographies)
• Examen prénatal
• Analyse des organes internes

Le sonar utilise les ondes sonores pour :

• Détecter les obstacles sous-marins
• Localiser les poissons
• Naviguer dans les eaux profondes

Les ondes sonores sont utilisées pour :

• Détecter les défauts dans les matériaux
• Nettoyer des pièces délicates
• Soudure ultrasonique

Les ondes sonores permettent :

• La parole humaine
• La musique
• La communication animale

• Vitesse : v = 350 m/s
• Formule : v = 331 + 0.6 × T
• Température : T = ?

On isole T dans l'équation :

La vitesse du son est de 350 m/s à une température de 31.7 °C.

Les ondes longitudinales ont :

• Direction de propagation parallèle à la direction de vibration
• Compression et raréfaction des particules
• Exemple : ondes sonores dans l'air

Les ondes transversales ont :

• Direction de propagation perpendiculaire à la direction de vibration
• Oscillations perpendiculaires à la propagation
• Exemple : ondes lumineuses, ondes sur une corde

• Fréquence : f = 1000 Hz
• Période : T = ?

On utilise la relation : T = 1/f

La période du son est de 0.001 s (1 milliseconde). Cela signifie qu'il y a 1000 vibrations par seconde.

• Ondes mécaniques longitudinales
• Nécessitent un milieu matériel pour se propager
• Ne se propagent pas dans le vide
• Transportent de l'énergie sans transporter de matière

• Fréquence (f) : liée à la hauteur du son
• Amplitude : liée à l'intensité sonore
• Longueur d'onde (λ) : distance entre deux points identiques
• Période (T) : durée d'un cycle complet

• Varie selon le milieu (solide > liquide > gaz)
• Augmente avec la température
• Air à 20°C : environ 340 m/s