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b. La vitesse de propagation
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Célérité |
La vitesse de propagation aussi appelé célérité se définit par : |
(en m/s)avec :
- ω, la fréquence de l'onde (en rad/s)
- k la norme de son vecteur d'onde (en rad/m)
Étant donné que l'air est proche d'un gaz parfait, la pression, qui est un facteur de modification, a très peu d'influence sur la vitesse du son. Dans un gaz parfait la célérité est donnée par la relation :
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où est la masse volumique du gaz et sa compressibilité. |
Facteur de modification de la vitesse |
→ Différents milieux
La propagation du son est modifiée selon différents facteurs. Pour mettre en évidence l'un de ces premiers facteurs, nous avons réalisé une expérience sur la vitesse de propagation. Pour cela, nous avons comparé deux gaz : l'air et l'hélium. |
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Cette expérience nous a montré que la voix humaine subissait un changement en passant de l'air ambiant à l'hélium. En effet, dans l'hélium la hauteur de la voix se modifie largement devenant très aigüe. Ceci s'explique du fait que l'hélium, étant un gaz moins dense, a une vitesse de propagation plus rapide. Cet exemple montre le caractère non figé du son (ici la voix humaine) qui par un changement de milieu subit des modifications significatives.
Ainsi nous pouvons déduire que l'un d'un premier facteurs de modification est la nature du milieu. En effet, la vitesse du son varie suivant le milieu dans lequel il se propage (sauf dans le vide). Nous pouvons observer de part le tableau ci-dessous la différence de vitesse selon les milieux :
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Milieu |
Vitesse (m/s) |
Air |
344 |
Hélium |
970 |
Hydrogène |
1300 |
Eau douce |
1440 |
Eau de mer |
1560 |
Acier |
5000 |
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→ Densité
On remarque que le son se propage plus vite dans les milieux solide et liquide que gazeux. Le principal facteur de cette variation de vitesse des différents milieux est dû à leur densité. Ainsi, le son se propage beaucoup plus rapidement dans des milieux très moléculaires comme l'acier ou l'eau puisque se sont donc des milieux très compact et très dense.
→ Pression
De plus, la pression du milieu joue également un rôle. Plus un milieu est compressible plus la vitesse du son est petite.
→ Température
La vitesse varie également selon un deuxième facteur : la température. Celle-ci va influer très légèrement sur la propagation. Par exemple dans l’air, la vitesse de propagation du son augmente avec la température :
- A 0°C, la vitesse du son dans l’air est de 331mètres/secondes.
- A 20°C, elle est de 340 m/s.
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