Les ondes sonores - Maxicours

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Les ondes sonores

Objectif : Etude des propriétés d’un type particulier d’ondes mécaniques longitudinales : les ondes sonores.
1. Nature de la perturbation et mécanisme de la propagation

On peut assimiler la propagation d’une onde sonore à celle créée par la compression de quelques spires d’un ressort horizontal. Dans ce cas, la source de l’onde est la compression des premières spires du ressort. Cette compression se propage de spire à spire jusqu’à l’autre extrémité du ressort.

Dans le cas d’une onde sonore (ou son), le milieu matériel de propagation est l’air et la perturbation est une compression de couches d’air.

La compression initiale peut-être créée par la vibration d’un corps solide (corde, diapason, membrane d’un haut-parleur, etc.) qui est l’émetteur sonore. Ce dernier en avançant, comprime les couches d’air voisines de sa surface. L’air comprimé pousse toutes les couches d’air voisines qui l’entourent, les comprimant à leur tour, puis revient à sa position initiale.
On obtient alors une propagation de proche en proche de cette compression, jusqu’à la membrane du tympan (récepteur sonore).

La perturbation provoquée par la membrane est donc une variation de pression.

2. Propriétés du son

Le son est une onde mécanique longitudinale puisque sa déformation est parallèle à la direction de propagation.

La propagation du son nécessite un milieu matériel élastique et compressible. Le son se propage donc dans tous les corps liquides ou solides. En revanche, il ne se propage pas dans le vide.

Le son se propage, à partir de sa source, dans toutes les directions qui lui sont offertes. L’air est un milieu à trois dimensions, le son se propage donc dans tout l’espace.

Le son transporte de l’énergie sans transport de matière. Dans un milieu tridimensionnel, l’énergie se réparti dans le volume. L’énergie qui arrive en un point donné de ce milieu est donc d’autant plus faible que l’on s’éloigne de la source. L’amplitude de la déformation diminue donc lorsqu’elle s’éloigne de la source.
Ainsi, plus on s’éloigne de la source sonore, moins on entend le son émis.

3. Célérité du son

La célérité du son dans l’air, à température ambiante, est de 340 m.s-1.

La célérité du son dans l’air dépend de la température. En effet, l’augmentation de température entraîne l’augmentation de la vitesse de l’agitation des molécules ce qui a pour conséquence une augmentation de la rigidité du milieu.
Or, plus la rigidité d’un milieu est grande, plus les ondes mécaniques s’y propagent vite (plus la célérité est grande).

La célérité du son dans l’air dépend peu de la pression de l’air. En effet, une augmentation de pression augmente l’inertie et la rigidité du milieu. Or la célérité d’une onde mécanique augmente avec l’augmentation de la rigidité, mais diminue avec l’augmentation de l’inertie. Ainsi, ces deux influences contraires se compensent. La variation de pression de l’air n’a donc que peu d’influence sur la célérité du son.

4. Onde sonore sinusoïdale

On peut définir plusieurs domaines d’ondes sonores à partir des valeurs de leur fréquence :


L’essentiel Le son est une onde mécanique longitudinale, qui se propage dans tout milieu solide et liquide, mais qui ne se propage pas dans le vide. La célérité du son dans l’air est de 340 m.s-1. Cette célérité augmente avec la température et varie peu avec la pression. Dans l’air, l’amplitude de la perturbation diminue avec l’éloignement de la source.

Les ondes sonores sont caractérisées par leur fréquence. Les sons audibles par l’homme ont des fréquences comprises entre 20 et 20 000 Hz.

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