L`onde sonore

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
Fréquence = f = 1/T
Vitesse = l /T = l x f
T
Période (sec)
l
Longueur d’onde (mm)
haute pression
faible pression
Représentation graphique

s  s0 sin kx - t- p2

déphasage
de p/2
p  p0 sin kx- t-p 
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
Facteur de rétablissement
v
Facteur d'inertie
v
K

Où K est le module de compressibilité (module de Bulk)
Dans un solide
v
Y

Où Y est le module de Young
Vitesse de l’onde sonore (suite)
Dans un gaz
v
g RT
M
Où g 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, g = 1,4 et M = 29 x 10-3 kg/mol
Exemple 1
Calculez la vitesse du son dans l’air :
a) à 0 °C
1,4  8,31  273 Kelvin
v
 331 m/s
-3
29, 0  10 Kg/mol
b) à 20 ° C
1,4  8,31  293 Kelvin
v
 343 m/s
-3
29, 0  10 Kg/mol
Remarque: Pour les exercices prendre 340 m/s, sauf indications
contraires
Exemple 2
Calculez la vitesse du son dans l’hélium à 20 ° C
Prendre g = 1,67; M = 4 x 10-3 kg/mol
1,67  8,31  293 Kelvin
v
 1,01 km/s
-3
4  10 Kg/mol
Tableau - Vitesse de propagation
Température °C
Vitesse m/s
Gaz carbonique
0
259
Oxygène
0
316
Air
0
331
Air
20
343
Hélium
0
965
Chloroforme
20
1004
Éthanol
20
1162
Mercure
20
1450
eau
20
1482
Plomb
-
1960
Cuivre
-
5010
Verre
-
5640
acier
-
5980
Substance
Gaz
Liquide
Solide
Travail personnel
Faire l’exemple 3,1
Question 4
Exercices 4, 5 et 7
Problème 5