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Le son

Chimie > sujets expliqués - 08/01/2008 - Question de cours
                
Bonjour,

Il existe plusieurs définitions du « son », dont certaines très complexes. Dans le cadre de votre travail et à votre niveau, je vous propose de retenir la suivante qui me paraît à la fois précise et pas trop compliquée pour autant. Le son est effectivement physiquement une onde, « produite par la vibration mécanique d’un support fluide ou solide et propagée grâce à l’élasticité du milieu sous forme d’onde longitudinale ». Plus clairement, cela veut dire que pour produire une onde qui est un son, il faut faire une action mécanique dans un fluide ou dans/sur un solide (action mécanique par opposition à électrique ou électronique : on active une force dans le milieu considéré ; on agit donc mécaniquement sur le milieu qui est donc modifié ainsi, comme par un coup par exemple). Ce sont ensuite les propriétés de diffusion, d’élasticité (c’est-à-dire d’interaction entre cette onde et la milieu, à savoir si l’onde peut s’y propager ou non, si le contact est possible ou stoppé de suite) du milieu qui permettent à l’onde de se propager sous forme d’onde longitudinale (la direction de la perturbation provoquée par l’onde est parallèle à la direction de cette dernière, ou dit autrement, le déplacement des points touchés par la perturbation se fait dans la même direction que la propagation). On parle dans ce cas d’onde « de compression » car le milieu traversé est comprimé : au passage de l’onde, il subit une tension, donc une compression, puis revient à la normale, à la situation de départ (« détente », « relaxation » comme on dirait pour un gaz ou un élastique).

Le son est également pour du coup la « sensation auditive à laquelle cette onde donne naissance », soit ici la conséquence de l’onde décrite précédemment. La première définition est la définition physique, la seconde est son extension au sens commun, de la vie quotidienne, passé ainsi dans le langage ; mais ce peut être intéressant à remarquer et noter dans le cadre de votre travail.

Si vous voulez ensuite vous intéresser à une fonction sur le son, je vous conseille de vous intéresser à sa vitesse de propagation, la littérature est riche sur ce sujet. De plus, vous pouvez vous intéresser à la vitesse dans différents milieux. En effet, les paramètres influents et les formes de la fonction et donc des courbes seront alors différentes, avec aussi une étude des ressemblances/différences qui peut être intéressante.

De façon générale, elle est définie par c=w/k, où w est la fréquence de l’onde étudiée (donc rad/s) et k est ce que l’on appelle la norme du vecteur d’onde, c’est-à-dire la norme d’un vecteur qui a même direction que l’onde et a pour norme 2pi/lambda, avec lambda sa longueur d’onde (on peut ensuite aboutir à d’autres expressions de k, en fonction de la fréquence puis la période par exemple, en transformant la longueur d’onde en fréquence par exemple par les formules habituelles). Vous avez donc ici une formule générique faisant apparaître la norme d’un vecteur qui peut elle-même être écrite de différentes façons. Vous voyez que tout dépend essentiellement du milieu de propagation, car pour des telles ondes et dans ce cadre, fréquence et longueur d’onde d’une onde dépendent également bien sûr du milieu. C’est je pense la fonction la plus basique pour aborder les ondes, sans être totalement triviale pour autant, et qui peut donner lieu à beaucoup d’études, à des niveaux scientifiques divers. Vous avez également ensuite des formules plus spécifiques pour certains milieux particuliers, comme les gaz parfaits, afin de faire ressortir dans les formules les caractéristiques habituelles de ce type de gaz.

Je vous renvoie donc aussi sur ce sujet, pour plus de complément sur les formules et le contexte à la page Wikipédia concernée, très bien faite : http://fr.wikipedia.org/wiki/Vitesse_du_son (n’hésitez pas à regarder les pages reliées également).

Pour l’allure des courbes, on général, on bloque un des deux paramètres du quotient et on obtient ainsi des droites ; on considère aussi souvent que c et k dépendent de la pulsation w et on trace alors les courbes en fonction de w. Tout dépend des variables que l’on « bloque », considère comme non variables justement, mais cela dépend de chaque cas précis. On peut alors obtenir des courbes en cloche, en hyperbole etc. Mais il n’y a pas de réponse arrêtée sur un sujet aussi vaste, tout dépend ensuite des conditions d’application, comme pour toutes les formules sur les ondes d’ailleurs : le milieu est toujours très influent, il faut souvent le prendre en compte, notamment via son indice n, rien de figé dans l’absolu pour ces formules.

Bon courage et bon travail.
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