Au programme de ce chapitre
- I. La nature du son
- II. Vitesse, période et longueur d'onde
- Savoir-faire
- Exercices types corrigés
- Teste-toi — vrai ou faux ?
- Pièges fréquents et astuces
- À retenir
La définition à retenir
Définition Un son est produit par la vibration d'une source (corde de guitare, membrane d'un haut-parleur, cordes vocales). Cette vibration se transmet de proche en proche aux particules du milieu, qui oscillent autour de leur position et forment une succession de compressions et de détentes. Le son est une onde mécanique longitudinale : les particules vibrent dans la direction de propagation.
Il a besoin d'un milieu matériel (gaz, liquide, solide) : il ne se propage pas dans le vide.
Il a besoin d'un milieu matériel (gaz, liquide, solide) : il ne se propage pas dans le vide.
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Un exemple corrigé
Exemple Le « la » du diapason a une fréquence de 440 Hz. Dans l'air : λ = 340440 ≈ 0,77 m. Pendant un orage, si tu comptes 3 s entre l'éclair et le tonnerre, l'orage est à environ 340 × 3 ≈ 1 km (la lumière arrive presque instantanément).
Lexique
- onde mécanique
- propagation d'une perturbation dans un milieu matériel, sans transport de matière
- onde longitudinale
- onde dont les vibrations sont parallèles à la direction de propagation
- longueur d'onde
- distance parcourue par l'onde en une période
- écho
- son réfléchi par un obstacle
Les erreurs fréquentes à éviter
Piège — Oublier que l'écho est un aller-retour. Pour un écho de 1,0 s, le son a parcouru 340 m au total, mais l'obstacle n'est qu'à 170 m. Si tu oublies de diviser par 2, ton résultat est le double de la vraie distance.
Piège — Croire que la fréquence change avec le milieu. Quand un son passe de l'air à l'eau, sa vitesse change, mais sa fréquence est celle de la source et ne change pas. C'est donc la longueur d'onde qui change : λ = v/f est environ 4,4 fois plus grande dans l'eau (1 500340).
Attention Une onde transporte de l'énergie, pas de matière. Quand ton professeur parle, l'air de sa bouche n'arrive pas jusqu'à toi : chaque couche d'air pousse la suivante et revient à sa place, comme les spectateurs qui font la « ola » dans un stade.
L'astuce du prof
Astuce — Deux repères de tête. 340 m/s, c'est environ 1 km en 3 s (orage : compte les secondes entre l'éclair et le tonnerre et divise par 3 pour avoir les kilomètres). Pour un écho, 1 s d'aller-retour correspond à environ 170 m.
Exercices corrigés
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Exercice 1 — Longueur d'onde d'un son aigu
Un son de fréquence 680 Hz se propage dans l'air à 340 m/s. Calcule sa période et sa longueur d'onde.
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La période est l'inverse de la fréquence : T = 1680 ≈ 1,5 · 10−3 s, soit 1,47 ms. La longueur d'onde vaut λ = v / f = 340680 = 0,50 m. Cela signifie que deux compressions successives sont distantes de 50 cm.
Exercice 2 — Le feu d'artifice
Tu es sur les quais de la Meuse à Namur pour un feu d'artifice. Tu entends l'explosion 4,2 s après avoir vu la lumière. À quelle distance a-t-elle eu lieu ? Pourquoi peut-on négliger le temps mis par la lumière ?
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Le son parcourt la distance d en 4,2 s : d = v · t = 340 × 4,2 = 1 428 m, soit environ 1,4 km. La lumière se propage à 3 · 108 m/s : pour 1 428 m, elle met environ 4,8 · 10−6 s, c'est-à-dire quelques microsecondes. C'est un million de fois moins que 4,2 s, donc on peut négliger ce délai.