Mesure d'une durée pour déterminer la célérité du son
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Ainsi, le son ne peut se propager dans le vide faute de milieu matériel.
Pour déterminer la célérité
(vitesse) du son, il faudra déterminer la durée
de propagation de l'onde sur une certaine distance et appliquer
la relation :
L'émetteur et le récepteur sont placés l'un en face de l'autre à une distance d fixée par l'expérimentateur.
Des salves d'ultrasons périodiques sont émises par l'émetteur et réceptionnées par le récepteur avec un décalage temporel visible à l'oscilloscope.
Le décalage, c'est-à-dire la
durée t de propagation de
l'onde ultrasonore de E à R, est lu sur
l'oscillogramme grâce au balayage, ce qui permet
la détermination de la célérité du
son :
Dans le domaine des sons audibles, on aurait pu utiliser un
microphone comme émetteur et un haut parleur comme
récepteur. La valeur de la célérité
du son aurait été identique
c'est-à-dire :
Vson = 340 m.s-1
En utilisant les propriétés de
réflexion du son, on peut aussi procéder
à des mesures en couplant l'émetteur au
récepteur.
Le son émis est renvoyé par un obstacle au
récepteur, ainsi, la distance
d parcourue par l'onde de l'émetteur au
récepteur est doublée pour la durée
émission-réception t : v = 2d/t.
C'est le principe du télémètre à
ultrasons ou du phénomène d'écho sur une
paroi rocheuse.
-
vson (air) = 340 m.s-1
-
vson (eau de mer) = 1500
m.s-1
-
vson (acier) = 5000 m.s-1
La célérité du son dépend aussi de la température, c'est-à-dire de l'agitation des particules qui constituent le milieu de propagation, plus la température est élevée plus le son se propage vite :
-
vson (air à 0°C) = 331
m.s-1
- vson (air à 15°C) = 340 m.s-1
Lorsque cet avion vole à Mach 2 (du physicien autrichien Ernst Mach 1838-1916), cela signifie qu'il se déplace à une vitesse deux fois supérieure à celle du son, à l'altitude et dans l'atmosphère où il se trouve.
Le nombre de Mach est le rapport de la vitesse d'un solide à celle du son dans l'atmosphère dans laquelle il se déplace.
Tous les sons ont les mêmes propriétés vis-à-vis de la célérité quelle que soit leur fréquence (sons audibles, ultrasons...).
La célérité peut être déterminée grâce à la durée de propagation de l'onde sonore d'un émetteur à un récepteur situés à une distance d connue l'un de l'autre, grâce à la relation : v = d/t.
La célérité du son dépend du milieu matériel de propagation et de la température, c'est-à-dire de la structure ou de l'agitation moléculaire puisque cette onde mécanique se propage de proche en proche.
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