La propagation du Son : qu’est-ce que c’est et comment cela fonctionne-t-il

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Chaque jour, nous entendons des sons provenant de nombreux types de sources différentes, des personnes aux véhicules, des instruments de musique aux téléviseurs. Tout comme cela se produit avec les autres formes d’énergie (mécanique, thermique, lumineuse, etc.), l’énergie du son ne peut être ni créée ni détruite. Cette affirmation fait référence au principe de conservation de l’énergie formulé par le physicien américain Feynman. Comme le dit Feynman lui-même, nous ne pouvons que changer sa forme, mais l’énergie sera toujours là.

Qu’est-ce que  la propagation du son?

Le son est produit par les vibrations des objets. L’objet ou la substance à travers lequel il se propage est appelé un milieu et peut être solide, liquide ou gazeux. Les ondes sonores se déplacent de leur point d’origine (source) en direction de l’auditeur. En particulier, lorsqu’un objet vibre, il transmet ces vibrations aux particules du milieu qui lui est adjacent ; en fait, ses vibrations ne voyagent pas de la source à l’oreille. Chaque particule du milieu située à proximité de la source est « déplacée » de sa position d’équilibre et mise en mouvement. Celle-ci transmettra à son tour l’énergie aux particules qui lui sont proches, permettant ainsi au son de se propager. Les particules du milieu n’avancent pas d’elles-mêmes. La propagation du son, en effet, peut être décrite par un mouvement ondulatoire donné, précisément, par l’onde acoustique.

L’air est certainement le milieu de propagation le plus courant ; lorsqu’un objet vibre, il pousse et comprime l’air qui lui est adjacent. La zone comprimée commence à s’éloigner de la source ; lorsque cette dernière se « détend » et revient à son état d’équilibre, une zone de basse pression appelée réfraction est créée. Ce mouvement alternatif est répété de nombreuses fois, générant différentes zones de compression et de réfraction dans l’air. C’est précisément l’alternance de ces zones qui permet à l’onde sonore de se propager dans le milieu. Les zones de haute pression ou de basse pression présentes dans le milieu font référence à la densité des particules présentes dans un volume donné. Plus il y en a, plus la pression sera élevée. Par conséquent, nous pouvons dire que la propagation du son se produit par la variation de la pression au sein du milieu lui-même.

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Un milieu est nécessaire pour la propagation du son

En tant qu’onde mécanique, le son a besoin d’un milieu physique (eau, air, métal, etc.) pour pouvoir être transmis. Il ne peut en effet pas se déplacer dans le vide, comme on peut le démontrer à l’aide d’un exemple simple. Si vous placez une cloche ordinaire à l’intérieur d’une cloche en verre hermétiquement fermée et que vous la reliez à une pompe à vide, vous remarquerez que, à mesure que la quantité d’air à l’intérieur diminue, le son de la cloche sera de plus en plus atténué, jusqu’à ne plus être audible une fois que tout l’air aura été aspiré dans le récipient.

Propagation du son et vitesse du son

Le son se propage dans un milieu donné avec une vitesse constante. Comme c’est le cas lors d’un orage, le tonnerre se fait entendre quelques instants après l’apparition de l’éclair : le son voyage plus lentement que la lumière et sa vitesse dépend étroitement des propriétés physiques du milieu dans lequel il se propage. En particulier, il y a deux aspects principaux:

  • La vitesse du son est étroitement liée à la température du milieu. Plus la température est élevée, plus le son sera rapide. Par exemple, sa vitesse dans l’air à 0 °C est de 331 m/s, alors que si l’air est à 22 °C, elle est de 344 m/s.
  • La vitesse du son diminue lorsqu’il passe d’un milieu solide à un milieu gazeux.

Ces deux hypothèses peuvent être facilement démontrées dans le tableau ci-dessous, qui montre les différentes vitesses que prend le son en fonction du milieu et de sa température.

Vitesse du son dans différents milieux à 25 ºC
État Substance Vitesse en m/s
Solides Aluminium 6420 6420
Nickel 6040
Acier 5960
Fer 5950
Laiton 4700
Verre (Silex) 3980
Liquides Eau (Mer) 1530
Eau (Distillée) 1498
Éthanol 1207
Méthanol 1103
Gaz Hydrogène 1284
Hélium 965
Air 346
Oxygène 316
Dioxyde de soufre 213

Le bang sonique

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Lorsque la vitesse d’un objet dépasse la vitesse du son, on dit qu’il se déplace à une vitesse supersonique. Qu’est-ce que cela signifie exactement ?

Les objets tels que les projectiles et les avions à réaction se déplacent souvent à des vitesses supersoniques ; Lorsqu’une source se déplace à une vitesse supérieure à celle du son qu’elle génère, elle produit des ondes de choc dans l’air qui transportent une grande quantité d’énergie. La variation de la pression de l’air associée à ce type d’ondes de choc produit un son très fort appelé « bang sonique ». Cette énergie est si forte que, par exemple, l’énergie générée par un avion supersonique a suffisamment de puissance pour briser des vitres et même endommager des bâtiments.

En résumé

  • Le son est produit par des objets qui vibrent.
  • Le son se déplace longitudinalement dans un milieu physique.
  • Le son se propage grâce à la présence de