Les conditions de propagation d'un son

Voici une expérience qui permet d’observer, et surtout d’entendre, la propagation d’un son. C’est l’expérience de la cloche à vide.

Un réveil est placé sous une cloche à vide en verre.

Propagation du son émis par un réveil, dans l'air et dans le vide

On fait sonner le réveil. Les cloches vibrent et communiquent ces vibrations à l’air qui est sous la cloche, puis de proche en proche vers la cloche en verre, puis à l’air qui se trouve en dehors de la cloche.

La sonnerie du réveil est alors perceptible à l'extérieur de la cloche par l’oreille.

On fait le vide à l'intérieur de la cloche. Au fur et à mesure que le vide se fait sous la cloche, le son est de moins en moins perceptible.

Au bout d’un certain temps, plus aucun son n’est perceptible par l'oreille à l’extérieur de la cloche.

Pendant ce temps, les cloches du réveil continuent à vibrer. On peut les voir bouger !

Explication : Lorsque le vide est atteint, il n’y a plus de milieu matériel sous la cloche (l’air est absent). Le son ne peut plus se propager car il n’existe plus de matière pour assurer ce déplacement.

Sans un milieu matériel, les signaux sonores ne peuvent pas se propager.

Lorsque le milieu de propagation du son est de l’eau, le déplacement du son est assuré par la matière qui constitue l’eau.

Dans ce cas, le milieu que traverse le son est un liquide (l’air est un ensemble de gaz).

Dans un milieu liquide, le son se déplace plus rapidement que dans l’air car la masse de ce liquide est plus grande que la masse de l’air.

L’onde sonore pourra alors se déplacer plus rapidement, en s’aidant pour cela de la matière traversée par le son. Dans ce cas, encore, le son est audible.

Exemple :
La vitesse du son dans l’eau est celle employée par les sous-marins pour connaitre les fonds marins.
L’utilisation du sonar permet aussi aux pêcheurs de détecter la présence des bancs de poissons.

Le sonar envoie un signal sonore puis il reçoit le même signal quelques temps après (aller et retour). Un logiciel calcule alors la profondeur de l’eau ou la situation des bancs de poissons.
Pour cela il utilise la formule :

 

avec :

• d la profondeur de l'eau (ou la distance entre le bateau et le banc de poissons) ;
• v la vitesse du signal sonore (ultrasons dans l'eau) ;
• Δt le temps d'un aller OU d'un retour = 

Détection du fond marin (puis d'un banc de poissons) grâce à un sonar

L’oreille est le récepteur du son chez l'Homme. Elle peut être abimée si le son est trop fort. Le tympan peut alors être endommagé de façon irréversible. L’intensité du son ne doit donc pas être trop élevée.

Si l’oreille humaine peut « entendre » des sons graves et des sons aigus, il ne faut pas que ces sons dépassent certaines limites.