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