L’onde sonore

Les ondes sonores sont des ondes mécaniques longitudinales caractérisées par des fluctuations de densité et de pression.

1. Définition d'un son: Un son est un phénomène périodique produit par la vibration très rapide d'un corps matériel, transmis par un milieu matériel et perçu par la vibration de certains organes de l'oreille ou par celle d'autres détecteurs (micro).

Points essentiels

1. Nature de l’onde sonore

1. Domaine de l’onde sonore

1. Vitesse de l’onde sonore

Section 3.1 de Benson

Mouvement périodique créant des ondes de pression

Paramètres de propagation de l’onde sonore

haute pression faible pression

Longueur d’onde (mm)

T Période (sec)

Fréquence = f = 1/T

Vitesse = /T = x f

Fréquence = f = 1/T

Vitesse = /T = x f

Représentation graphique

déphasage de /2

Δs = Δs0sin kx -ωt- π

2( )

Δp = Δp0sin kx-ωt-π( )

Domaine de l’onde sonore

L’oreille humaine perçoit les ondes sonores pour les fréquences f comprises entre 20 Hz (son grave) et 20000 Hz (son aigu). Cependant , le domaine du son est beaucoup plus étendu: les vibrations sismiques, certaines machines, des hauts-parleurs de basses fréquences, émettent des fréquences en dessous de 20 Hz: ce sont les infrasons. À l’autre extrémité, on retrouve les ultrasons.

Infrasons f < 20 Hz

Sons audibles 20 Hz < f < 20 kHz

Ultrasons 20 kHz < f < 20 MHz

Vitesse de l’onde sonore

De façon générale

Dans un fluide

Où K est le module de compressibilité (module de Bulk)

Dans un solide

Où Y est le module de Young

v =Facteurderétablissement

Facteurd'inertie

v =Kρ

v =Yρ

Vitesse de l’onde sonore (suite)

Dans un gaz

Où est un paramètre caractéristique du gaz (entre 1 et 1,67)

Où T est la température en Kelvin

Où R est la constante des gaz parfaits (R = 8,314 J/mol. K)

et M est la masse molaire du gaz

Ex: pour l’air, = 1,4 et M = 29 x 10-3 kg/mol

v =RT

M

Exemple 1

Calculez la vitesse du son dans l’air :

a) à 0 °C

b) à 20 ° C

Remarque: Pour les exercices prendre 340 m/s, sauf indications contraires

v =1,4×8,31×273Kelvin

29,0×10-3Kg/mol=331m/s

v =1,4×8,31×293Kelvin

29,0×10-3Kg/mol=343m/s

Exemple 2

Calculez la vitesse du son dans l’hélium à 20 ° C

Prendre = 1,67; M = 4 x 10-3 kg/mol

v =1,67×8,31×293Kelvin

4×10-3Kg/mol=1,01km/s

Tableau - Vitesse de propagation

Substance Température °C Vitesse m/sGaz

Gaz carbonique 0 259

Oxygène 0 316

Air 0 331

Air 20 343

Hélium 0 965

Liquide

Chloroforme 20 1004

Éthanol 20 1162

Mercure 20 1450

eau 20 1482

Solide

Plomb - 1960

Cuivre - 5010

Verre - 5640

acier - 5980

Travail personnel

Faire l’exemple 3,1

Question 4

Exercices 4, 5 et 7

Problème 5