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B) La propagation du son.

1) Le son, une onde qui se propage.

a) Principales caractéristiques de propagation.

La vitesse des sons dépend principalement de deux propirétées :

 

Le poids : Si les particules sont très lourdes, elles se déplaceront plus lentement que si elles sont légères. Le temps nécessaire à la transmission du mouvement à la particule voisine sera plus grand, et l'onde ira donc moins vite.

 

La taille : Si les particules sont très proches, la distance qu'elles doivent parcourir pour aller heurter leurs voisines est plus faible et l'onde ira plus vite.

 

D'après ces deux propriétées, on peut déduire: 

 

Vitesse du son dans gaz < Vitesse du son dans liquide < Vitesse du son dans solide 

 

 

Mais la vitesse de propagation du son dépend aussi du matériau dans lequel il se propage :

  • l'humidité.

  • la pression,

  • La température.

  • la compressibilité (Propriété qu'ont les corps de pouvoir diminuer sous l'effet d'une pression).

 

Ces caractéristiques du matériau jouent un rôle important en modifiant la vitesse du son.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dans l'air, à pression atmosphérique normale, on peut approximer la vitesse du son par la formule :

 

v = 331 + 0,6 x T

 

  •  v : La vitesse du son en mètres/seconde.

  •  T : la température en degrés Celsius.

b) Calcul de la vitesse du son de manière générale.

c) Vitesse du son dans les différents milieux.

Phase du milieu                 Nature du milieu              Vitesse du son (m/s)

 

Gazeux                                        Dioxyde de Carbone (CO2)             260

Gazeux                                        Oxygène                                            320

Gazeux                                        Air                                                      330

Gazeux                                        Helium                                               930

Gazeux                                        Hydrogène                                        1270

Liquide                                        Mercure                                             1450

Liquide                                        Eau douce                                         1460

Liquide                                        Eau de mer                                        1520

Solide                                          Bois de pin                                        3320

Solide                                          Acier                                                   5000

Solide                                          Verre                                                  5500

Solide                                          Granite                                               5950

 

 

 

2) L'effet Doppler.

a) Définition.

L'effet Doppler est la variation de fréquence d'une onde mesurée entre l'émission et la réception, lorsque la distance entre émetteur et le récepteur varie au cours du temps. Ce phénomène est assez courant , en effet on le rencontre presque tous les jours sans qu'on ne s'en rende compte.

 

L'exemple le plus courant qui permet d'illustrer l'effet Doppler est la sirène d'un camion de pompier qui s'éloigne d'un observateur. Plus l'ambulance s'éloigne, plus le son perçu par l'observateur sera grave. (La hauteur décroît).

 

 

 

 

b) Explication physique.

Quand une source sonore se rapproche d'un observateur, il y a une compression des ondes sonores ; la longueur d'onde perçue est plus courte et le son émis semble plus aigu.

 

Quand une source sonore s'éloigne d'un observateur, il y a une décompression des ondes sonores ; la longueur d'onde perçue est plus longue et le son émis semble plus grave.

 

Cet effet est utilisé pour mesurer une vitesse. Il est d’une grande importance en astronomie et en médecine, notamment.

 

 

 

 

 

 

 

-Schéma récapitulatif-

Plus le camion de pompier et sa sirène s'éloignent, plus la longueur d'onde diminue ce qui correspond à un son de plus en plus aigu.

Cliquez ici pour avoir l'effet sonore de l'effet Doppler.

-Application et calculs-

c) Si la source est en mouvement.

Quand la source est en mouvement (uniforme), nous pouvons calculer la fréquence reçue par l'observateur par la formule suivante : 

 

 f ' = f / ( 1 ± v / c) ou   λ' = λ ± vT

 

  • v : la vitesse radiale (d'éloignement ou de rapprochement par rapport au récepteur) de la source d'ondes,

  • c : la vitesse de propagation,

  • T: la période des ondes,

  • λ : leur longueur d'onde,

  • f : leur fréquence,

  • λ' et f ' sont la longueur d'onde et la fréquence reçues par l'observateur. 

d) Si le récépteur est en mouvement.

Quand le récepteur est en mouvement (uniforme) , nous pouvons toujours calculer la fréquence reçue par l'observateur par la même formule.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-Schéma récapitulatif-

L'observateur est immobile par rapport à la source sonore. La longueur d'onde perçue est la même.

L'observateur se rappoche de la source sonore. La longueur d'onde perçue est donc plus courte et le son plus aigu.

L'observateur s'éloigne de la source sonore.

La longueur d'onde perçue est donc plus longue et le son plus grave

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