MESURE de la VITESSE du SON ALMAIRAC Pierre ESCOLANO Jérémy FARGIER Lauriane MESURE de la VITESSE du SON

Pour commencer : Qu'est-ce que le son ?

Definition du son : De ce fait... Le son est une onde : C’est à dire une perturbation qui engendre une propagation dans le milieu matériel à travers lequel il se propage Ce milieu peut être : - Solide - Liquide - Gazeux L’onde compresse la matière sous forme d’énergie pour se propager. De ce fait...

Le son ne se propage pas dans le vide EXPERIENCE de la cloche vide

Et l’être humain dans tout ça ? L’oreille d’humain ne peut entendre les sons qui vont d’une fréquence comprise entre 20 Hz et 20 000 Hz.

Que se passe-t-il pour l’oreille ? Notre tympan vibre, et notre cerveau interprète ces vibrations.

Les mesures de la vitesse du SON

Première mesure de la vitesse du son : 1708, William Derham (révérend et scientifique Britannique. Depuis un clocher, il observe le tir d’un canon situé à 19 Km. Il mesure le temps que met le bruit pour parvenir à ses oreilles. Il calcule ainsi la vitesse du son.

Charles Sturm et Daniel Colladon (mathématicien français) – ( physicien suisse) Mesure du son dans l'eau

Charles Sturm et Daniel Colladon (mathématicien français) – ( physicien suisse) A l’aide d’une cloche et d’un tube permettant d’entendre le son sous l’eau, ils arrivent à déterminer la vitesse du son dans l’eau : 1435 m/s Mesure du son dans l'eau

Il faudra attendre 1923... 330.75 m/s à 0°C VAUTIER calcule la vitesse du son ‘’OFFICIELLE ‘’ 330.75 m/s à 0°C

Calculer la vitesse du son… Oui mais comment ? Le son est une onde : Non approprié Fréquence f longueur d’onde λ Vitesse Ainsi : C = λ . f

On utilisera plutôt : V = D / T Vitesse Distance Temps

Le son dans l’air… Que ce passe-t-il ? La vitesse du son dans l’air dépend : De la température De la pression De l’humidité Les molécules s’entrechoquent pour faire progresser l’onde sonore

AINSI: En résumé, dans les gaz : La vitesse du son dans les gaz (parfaits) dépend de : - coefficient isentropique κ (kappa) - la densité ρ - la pression p du gaz Mais peut être aussi calculé grâce à : - la constance spécifique du gaz R - La température T (en kelvin)

Par exemple, pour l’air : κ = 1.4, Rs = 287 J/kg/K et T = 293°K (soit 20°C) C(à 20°) = 343 m/s Pour info : - 0°C, la vitesse est de c = 331 m/s -100°C la vitesse est de c = 386 m/s

Le Mur du son Un avion franchi le mur du son lorsque : Sa vitesse est supérieure à celle des ondes sonores

Explications : En vitesse subsonique, l’avion provoque des ondes qui se propagent en avant En vitesse transsonique, il se déplace à la même vitesse que les ondes qu’il produit En vitesse supersonique, l’avion se déplace plus vite que les ondes qu’il émet

On entend alors un :

Et le son dans les matériaux ? Par exemple : Pouquoi les indiens posent-t-il leur oreille sur le rail du train ?

Plus un matériau est dense, plus la vitesse du son est importante Le son et les materiaux Les différents matériaux peuvent avoir des capacités d’absorption ou de réflexion vis-à-vis des ondes sonores. Ici, on retiendra seulement que : Plus un matériau est dense, plus la vitesse du son est importante

Notre expérience : Deux expériences prévus : Expérience dans la fac Expérience pensée (mais non réalisée malgré un plus grand intérêt)

EXPERIENCE FAITE A LA FAC Incertitude V = d/t +ΔV ΔV = | v / d | x d+| v /t | x t = | 1/t x d | + |-1/t² x d| x t Distance connue

EXPERIENCE FAITE A LA FAC V = d/t +ΔV ΔV = | v / d | x d+| v /t | x t = | 1/t x d | + |-1/t² x d| x t d = 1 m t = 0,01 s Erreur de la montre Malheureusement, sur de courtes distances, on ne peut pas considérer le temps de réaction de l’homme. Distance connue

EXPERIENCE FAITE A LA FAC Nos mesures : Sur une distance de 150 m : 0.42s , 0.47s , 0.45s , 0.43s Moyenne de nos valeurs : 0.44s Sur une distance de 250 m : 0.71s , 0.73s , 0.74s , 0.73s Moyenne de nos valeurs : 0.73s Distance connue

EXPERIENCE FAITE A LA FAC Pour 150 m : ΔV = | 1/t x d | + |-1/t² x d| x t ΔV = | 1/0.44 x 1 | + |-1/0.44² x 150| x 0.01 ΔV = 5.48 V = 150/0.44 V = 341 + 5.48 m.s-1 -

EXPERIENCE FAITE A LA FAC Pour 250 m : ΔV = | 1/t x d | + |-1/t² x d| x t ΔV = | 1/0.73 x 1 | + |-1/0.73² x 250| x 0.01 ΔV = 3.32 V = 250/0.73 V = 342 + 3.32 m.s-1 -

Conclusion de notre expérience Les valeurs trouvées sont acceptables. Nous n’avons pas pris en compte les paramètres tels que : le vent, l’humidité de l’air, la pression atmosphérique, et le temps de réaction de l’homme…

PROTOCOLE DE NOTRE EXPERIENCE Intérêts : - Possibilités de mesurer le son dans d’autres gaz - Précision plus importante grâce a l’oscilloscope