Les ondes sonores et leurs effets sur la matière et les êtres vivants
Travail Personel Encadré
1S
La propagation du son dans un milieu
Comme la plus part des animaux, l’ouïe nous permet de ressentir cette vibration grâce à la propagation du son, c'est-à -dire la propagation d'ondes de pression dans un fluide.
Dans un milieu fluide, une variation de pression se propage sous forme d'onde. L'air est un milieu ou les variations de la pression constituent le son. L'amplitude de ces variations est faible par rapport à la pression atmosphérique ; pour qu'elles soient perceptibles, il faut donc qu'elle soit suffisamment rapide et répétée.
L’objet vibrant à l'origine d'une vibration dans l'air est appelé source sonore. Quand le son se propage les particules d'air oscillent seulement de quelques micromètres autour d'une position stable, comme quand l'on jette une pierre dans l'eau, les vagues se déplacent en s'éloignant du point de chute, mais l'eau reste au même endroit, elle ne fait que se déplacer verticalement et non suivre les vagues. Dans les fluides, l'onde sonore est longitudinale, c'est-à -dire que les particules vibrent parallèlement à la direction de déplacement de l'onde.
La vitesse de propagation du son dépend de la nature, de la température et de la pression du milieu.
Par exemple, dans l'eau, la vitesse du son est d'environ 1 500 m/s. Dans d'autres milieux, les vibrations peuvent se propager encore plus rapidement. Ainsi dans l'acier, les vibrations se propagent de 5000 Ã 5 900 m/s.
En revanche le son ne se propage pas dans le vide, parce qu'il n'y a pas de matière dont la vibration pourrait se servir pour se propager en ondes sonores.
Vitesse de propagation du son
AIR 340 m/s
EAU 1500 m/s
ACIER 5000 m/s
La relation qui permet de calculer cette vitesse de propagation est : c =
1
√ PXs
P masse volumique du gaz
Xs compressibilité isentropique
La propagation du son dans l'atmosphère est différent car elle dépend des conditions atmosphériques et météorologiques. Dans ce cas précis, il faut connaître plus d’information sur le milieu où se propage le son, et pas seulement la relation de vitesse de propagation, car à cause de la structure thermique de l’atmosphère ce dernier se propage moins bien à l'horizontale et l'atténuation est nettement moins forte sous le vent.
Exemple du calcul de la distance d'un éclair :
On peut arrondir la vitesse du son à un kilomètre toutes les trois secondes pour de calculer assez facilement la distance qui sépare quelqu'un d'un éclair pendant un orage. En effet, les éclairs sont suffisamment proches pour qu'on puisse percevoir la lumière instantanément. Chaque période de trois secondes entre chaque coup de tonnerre représente donc à peu près un kilomètre. Pour une attente de 8 secondes, la distance qui sépare la personne de l'éclair est de 8 × 340 = 2 720 m ; c'est à dire environ 2 kilomètres deux tiers.
Étant donné la méthode d'estimation, calcul est peu précis. Même sans tenir compte du temps de réaction humaine, il est improbable que dans une atmosphère perturbée par des vents violents et des différences de température l'onde sonore se déplace toujours en ligne droite et à la même vitesse.
