Nature vibratoire du son et ondes acoustiques longitudinales

Première générale Spé · Enseignement Scientifique 1ère

À retenir

• Le son est une vibration mécanique qui se propage dans un milieu matériel compressible et élastique. • Dans les fluides (gaz et liquides), l'onde sonore est une onde longitudinale : la direction des déplacements oscillatoires des molécules du milieu est parallèle à la direction de propagation de l'onde. • La propagation se traduit microscopiquement par une succession périodique de zones de compression (où la pression et la masse volumique locales sont supérieures à la moyenne : surpression) et de zones de dilatation ou dépression (où la pression est inférieure à la moyenne). • Les particules du milieu oscillent autour de leur position d'équilibre sans déplacement macroscopique permanent : il y a transport d'énergie sans transport de matière.

Le cours

Nature vibratoire du son et ondes acoustiques longitudinales Une source qui vibre. Une membrane de haut-parleur, une corde ou les cordes vocales effectuent des oscillations rapides, de quelques dizaines à quelques milliers d'allers-retours par seconde. À chaque oscillation, la source pousse puis tire les couches d'air voisines. Compressions et dilatations. Quand la membrane avance, l'air voisin est comprimé : la pression y dépasse légèrement la pression moyenne (surpression). Quand elle recule, l'air se détend (dépression). Ces zones se transmettent de proche en proche : le son est une onde de pression. Pour une conversation, la surpression ne dépasse pas quelques centièmes de pascal, alors que la pression atmosphérique vaut environ 10^5\ Pa. Une onde longitudinale. Dans l'air, chaque tranche de gaz oscille autour de sa position d'équilibre dans la direction même de la propagation : l'onde est longitudinale. L'air ne voyage pas du haut-parleur jusqu'à l'oreille ; seule l'énergie se propage. Longueur d'onde. Pour un son périodique, deux compressions consécutives sont séparées de la longueur d'onde = v/f : pour f = 340\ Hz dans l'air, = 340/340 = 1\ m. Méthode : décrire une onde sonore 1. Nomme la source et ce qui vibre. 2. Décris l'alternance de compressions et de dilatations transmise de proche en proche. 3. Compare la direction d'oscillation des particules et la direction de propagation : si elles sont parallèles, l'onde est longitudinale. Attention Ne confonds pas la vitesse de l'onde (340\ m/s dans l'air) et le mouvement des particules d'air : elles oscillent sur place, avec des déplacements bien inférieurs au millimètre, sans avancer vers l'oreille.

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