Le son - Physique Chimie - Troisième

Le son - Physique Chimie - Troisième

Découvrez gratuitement ce cours de physique chimie de 3ème sur le son.

Dans cette leçon, vous allez d'abord aborder les conditions de propagation du son puis la notion de fréquence et la vitesse de propagation du son. Ensuite, vous pourrez trouver des applications quant aux mesures de distance grâce aux ultrasons notamment le tonerre et l'échographie.  

Téléchargez ci-dessous cette fiche de physique de 3ème sur le son.

Le son - Physique Chimie - Troisième

Le contenu du document

 

 

Objectifs

 

  • Connaître les conditions de propagation du son
  • Connaître l’intervalle de fréquence du champ auditif humain, les infrasons et les ultrasons
  • Connaître la vitesse de propagation du son dans l’air
  • Savoir manipuler la formule de la vitesse (en fonction de la distance et de la durée)

 

Le son

Conditions de propagation du son

Le son est une onde, créée par la vibration d’un objet comme par exemple la vibration des cordes de guitare ou encore de nos cordes vocales. Le son pour se propager, nécessite un support matériel comme l’air, l’eau, le bois, etc... Le son se propage de proche en proche dans le milieu. Ces variations de pression se propagent dans l’air sans déplacement de matière, mais seulement par déplacement de la compression au milieu des molécules d’air. 

Le son ne se propage pas dans le vide, puisqu’il n’y a pas de milieu matériel, donc il n’y a pas de propagation du son possible. 

Notion de fréquence

La fréquence d’un son correspond aux nombres de vibrations des molécules d’air par seconde. Elle s’exprime en Hertz. Les fréquences audibles pour l’Homme vont de 20 Hz à 20 000 Hz, on appelle cela le champ auditif humain. Les faibles fréquences correspondent à des sons graves et les fréquences élevées à des sons aigus.

Au-dessous de 20 Hz, on parle alors d’infrasons. Au-dessus de 20 000 Hz, on parle d’ultrasons que seuls certains animaux peuvent percevoir (dauphin, chauve-souris, chat, chien...).

Vitesse de propagation du son

La vitesse de propagation du son varie en fonction du milieu, dans l’air, le son se propage à une vitesse d’environ 340 mètres par seconde, dans l’eau à environ 1500 mètres par seconde, dans l’acier à environ 5000 mètres par seconde. La vitesse du son dépend de la température. Plus la température est élevée, plus la vitesse du son est grande.

La vitesse du son (dans l’air) peut être calculée grâce à la formule suivante :

calcul vitesse

Avec :

 

  • v : la vitesse du son en mètres par seconde (m/s)
  • d : la distance en mètres (m)
  • Δt : la durée en secondes (s)

 

Autres formules à retenir :

calculs distance temps

Applications : Mesures de distance grâce aux ultrasons

Le son permet d’émettre, de transporter un signal donc une information, nous allons voir ici deux applications.

Le tonnerre

Comment est-il possible d’évaluer la distance d’un orage ? En effet, lorsque l’orage est loin, nous voyons d’abord l’éclair, puis nous entendons le tonnerre. Cela s’explique par le fait que la lumière se propage à une vitesse d’environ 300000 km/s, le son quant à lui se propage dans l’air à une vitesse d’environ 340 m/s. Le son est donc bien moins rapide (environ un million de fois moins vite) que la lumière. En comptant le nombre de secondes entre la vision de l’éclair et le son du tonnerre nous obtenons une durée, qui, multiplié par la valeur de la vitesse de la lumière, nous obtenons la distance en mètres qui nous sépare approximativement de l’orage.

Exemple :

Données : 

 

  • Durée entre la vison de l’éclair et le son du tonnerre : d = 5 secondes
  • Vitesse du son d’ans l’air : v = 340 m/s

 

Comme v = d/Δt, alors d = vxΔt

calcul 3

Donc la distance qui nous sépare approximative de l’orage est de 1700 mètres, soit 1,7 km.

L’échographie

L’échographie utilise une sonde permettant d’émettre et de recevoir des ultrasons. Pour une échographie prénatale le principe est le suivant : la sonde placée sur le ventre de la mère émet des ultrasons qui se propagent au travers des tissus corporels. Lorsque ces ultrasons rencontrent un organe, certains d’entre eux sont renvoyés sous la forme d’un écho. Le récepteur de la sonde recueille les échos, elle les transmet à l’ordinateur qui traite alors les données et construit ensuite une image en deux dimensions de l’organe. Cela permet donc entre autres de mesurer la taille du fœtus présent dans le ventre de la mère.

Exemple :

Données :

 

  • La vitesse des ultrasons dans le corps est de v = 1500 m/s
  • La durée de l’aller-retour entre la paroi du fœtus la plus proche et la sonde est de Δt1 = 35 μs soit 3,5x10-5 s
  • La durée de l’aller-retour entre la paroi du fœtus la plus éloignée et la sonde est de Δt1 = 46 μs soit 4,6x10-5 s

 

Comme v = d/Δt, alors d = vxΔt

Pour d1, correspondant à la distance séparant la paroi du fœtus la plus proche et la sonde :

calcul 4

La distance qui sépare la paroi du fœtus la plus proche de la sonde est de 0,026 mètres, soit 2,6 cm.

Pour d2, correspondant à la distance séparant la paroi du fœtus la plus éloignée et la sonde :

calcul 5

La distance qui sépare la paroi du fœtus la plus éloignée de la sonde est de 0,035 mètres, soit 3,5 cm.

La taille du fœtus est donc : d = d2 - d1

Soit d = 0,035 - 0,026

d = 0,009

La taille du fœtus est de 0,009 mètres, soit 9 mm.

Fin de l'extrait

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