Vitesse de propagation du son dans différents milieux matériels

Première générale Spé · Enseignement Scientifique 1ère

À retenir

• La célérité du son dépend des propriétés mécaniques du milieu de propagation : plus le milieu est rigide et peu compressible, plus les interactions intermoléculaires sont fortes, et plus le son se propage rapidement. • Hiérarchie générale des vitesses du son : v_gaz < v_liquides < v_solides • Valeurs usuelles indicatives : - Air à 20\,^C : v_air 340 m/s. - Eau liquide à 20\,^C : v_eau 1\,500 m/s. - Acier ou fer : v_acier 5\,000 à 5\,900 m/s. • Dans un gaz parfait, la célérité dépend de la température absolue T (en Kelvin) selon la loi v T. Dans l'air froid, le son va plus lentement qu'en air chaud.

Le cours

Vitesse de propagation du son dans différents milieux matériels Ce qui fixe la vitesse. La vitesse du son ne dépend ni de la fréquence ni de l'intensité du son, mais du milieu : de sa rigidité (sa résistance à la compression) et de sa masse volumique. Un milieu peu compressible transmet la perturbation plus vite ; à rigidité égale, un milieu plus dense la transmet plus lentement. Ordres de grandeur. Air à 20\ ^C : environ 340\ m/s. Eau : environ 1\,500\ m/s. Acier : de 5\,000 à 5\,900\ m/s. En général, v_gaz Influence de la température. Dans un gaz, le son va plus vite quand la température augmente : environ 331\ m/s à 0\ ^C et 343\ m/s à 20\ ^C dans l'air, soit environ 0,6\ m/s de plus par degré. Mini-exemple. Sur 1,0\ km, le son met 1\,000/340 2,9\ s dans l'air, mais seulement 1\,000/1\,500 0,67\ s dans l'eau. Méthode : comparer deux trajets 1. Calcule chaque durée t = d/v avec la vitesse du milieu concerné. 2. Fais la différence des durées pour obtenir le décalage entre les deux sons. 3. Vérifie que le son le plus rapide (celui du solide) arrive en premier. Attention Quand le son change de milieu, sa fréquence ne change pas (la note reste la même) ; c'est la longueur d'onde = v/f qui varie avec la vitesse.

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