L onde sonore. Soit une cloche, dans laquelle on place un poste de radio. On réalise le vide à l intérieur (plusd air)

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1 I) Différence entre le son et la lumière L onde sonore 1.1) Expérience Soit une cloche, dans laquelle on place un poste de radio. On réalise le vide à l intérieur (plusd air) A) Constatations : Au fur et à mesure que le vide se fait,le son diminue jusqu à ne plus être audible.par contre le poste radio est toujours visible. B) Conclusion : L onde sonore ne se propage pas dans le vide alors que l onde lumineuse,si. L onde sonore a besoin s un support matériel pour se propager : gaz (atmosphère), liquide (eau) ou solide (lefer) pas l onde lumineuse. 1.2) Qu est-ce que la lumière Comme nous venonsde le voir, l onde lumineuse n a besoin d aucun support pour se propager. C est pour cela que nous pouvons voir des objets célestes qui se trouvent à des milliards de milliards de kilomètres de nous. La lumière qu ils nous envoient, nous arrive du fond de l univers en traversant le vide sidéral. En fait, la lumière est une onde électromagnétique (2 champs perpendiculaires l un par rapport à l autre mais vous verrez cela en détail plus tard!) qui se déplace à une vitesse légèrement inférieure à km /s dans le vide. (On parle aussi de photon de masse nulle mais bon.)

2 Cette vitesse de déplacement est appelée la célérité c de la lumière. La lumière ne se limite pas au domaine du visible, elle englobe les ondes radios, les infrarouges, le visible (du rouge au violet) les ultra-violets A et B,les rayons X et les rayons gammas. Cequi différencie les uns par rapport aux autres, c est la longueur d onde (enmètre). Elle correspond à la distance qui sépare deux endroits consécutifs de l onde qui sont identiques (enphase) Le tableau ci-dessous vous donne la répartition de la lumière et ses applications.

3 1.3) L onde sonore Comme nous l avons vu, elle a besoin d un support physique pour se propager, c est pourquoi dans l espace les plus grands cataclysmes se font dans un silence absolu. L onde sonore se propage donc grâce à un support physique, mais suivant la matière, la célérité (vitesse) à laquelle se propage l onde change. Voici quelques exemples : Milieu Gazeux: - Milieu Liquide: - Milieu Solide: II) L onde sonore 2.1)Les différents types de déformation Une onde qui évolue à l aide d un support matériel déforme le milieu dans lequel elleprogresse. Il existe deux formes d ondes : - Les ondes transversales - Les ondes longitudinales A) les ondes transversales Ce type d onde entraîne une déformation perpendiculaire du milieu par rapport au sens de propagation de l onde. Exemples : une vague ou une onde progressant sur une corde

4 -Une onde progressant sur une corde On note que la corde n avance pas, c est l onde qui se propage et qui entraîne une déformation perpendiculaire lorsqu elle progresse sur la corde. -La vague C est la même chose avec la vague qui progresse et ne fait qu osciller l eau qui reste, elle, sur place. C est la déformation qui avance, pas le support matériel! Le bateau reste sur place au passage de la vague, il ne fait que monter et descendre

5 B) La déformation longitudinale Pource typed onde, la déformation du milieu est parallèle par rapport au sens de déplacement de l onde. Exemples : le ressort et l onde sonore. Le ressort : Là encore, le ressort n avance pas, c est l onde. L onde sonore : Représentation de son évolution à l aide d une sinusoïde Evolution de l onde sonore L air n avance pas, c est l onde sonore. On peut déjà remarquer qu il y a des zones plus denses que d autres.

6 C) Conclusion Il y a deux types d onde -Longitudinales -Transversales L onde longitudinale L onde transversale 2.2) Mise en évidence de l onde sonore On constate que la flamme vacille au passage de l onde sonore.ce vacillement est bien dû au passage de l onde sonore, mais qu est-ce qu une onde sonore? 2.3) Explications physique de l onde sonore : Lors de la propagation de l onde sonore, celle-ci se déplace en créant des zones de compression (plus dense) et de dépression (moins dense)des molécules de l air,c est cela qui fait vaciller la flamme, de façon régulière. Cette régularité entre les zones de compression s appelle : la longueur d onde ƛ (enmètre)

7 -Cet écart reste stable durant le déplacement de l onde sonore. La longueur d onde permet donc de déterminer quand une nouvelle zone de compression passera car la célérité (vitesse) de l onde sonore est de 340m/s dans l air. -Cet écart de temps entre le passage consécutif de deux zones de compression s appelle la période T du signal et s exprime en seconde (s) -Connaissant la période T entre deux zones de compression consécutives, on peut donc calculer combien de zones passeront en une seconde. C est la fréquence notée f qui s exprime en hertz (Hz) De cette explication, on en déduit la formule : Fréquence f en hertz (Hz) f=1/t La période T en seconde (s) 2.4) Relations entre c,t, Fet ƛ de l onde sonore Puisque tous les sons dans l air se propagent avec la même célérité c, si leur longueur d ondeƛ (distance qui sépare deux zones de compression consécutives) diminue alors la période T diminue et la fréquence f augmente. Ces grandeurs sont donc liées les unes aux autres! -Retrouvons la formule mathématique qui permet de les lier ensemble : On sait que Vitesse ( v en m/s)=distance (d en m)/temps (t en s)

8 Pour notre onde sonore : -la vitesse correspond à la célérité c -la distance à la longueur d onde ƛ -le temps t à la période T -On adonc la formule suivante : Longueur d onde en m -Sachant que : Célérité en m/s C=λ/T Période en s f=1/t on a T=1/f -Donc : C=λ/T=λ*f 2.5) les différentes caractéristiques liées au son A) les sons graves et aigus ou hauteur de son - Les sons aigus correspondent à des fréquences hautes. -Les sons graves correspondent à des fréquences basses. En effet, si la célérité est constante : -Si la longueur d ondeλdiminue alors T période diminue et la fréquence f augmente : son aigu -Si la longueur d ondeλ augmente alors T période augmente et la fréquence f diminue : son grave On obtient ainsi les notes de musique que l on représente par convention sur une portée et par convention internationale, on fixe le la 3 (octave 3) à 440 Hz. Ce qui physiquement correspond au passage de 440 zones de compression en 1 seconde.

9 C est la fréquence fondamentale du son, c est elle qui détermine sa hauteur. Les voix humaines et instruments de musiquese répartissent sur l ensemble de la gamme de sons perceptibles par l oreille humaine.

10 -Il faut remarquer que comme les yeux ne nous permettent pas de voir toutes les lumières, les oreilles ne nous permettent pas d entendre tous les sons. -Les infrasons sont inférieurs à 20Hz -Les ultrasons sont supérieurs à 20kHz

11 B) l amplitude ou intensité d un son : Pour une même fréquence f, un son peut être perçu plus ou moins fortement (avec un haut-parleur, par exemple). C est l intensité du son qui varie, ce qui correspond à son amplitude. -L amplitude d un signal correspond à sa valeur maximale, plus elle est grande plus le son est fort. -On peut aussi parler de puissance du signal sonore. Pour déterminer la puissance d un son, on utilise le décibel (db) Il faut alors définir une référence sonore notée I 0 qui correspond au seuil d audition.. On a I 0 = w/m 2 -On peut alors définir le décibel Valeuren décibel (db) =10*log (I/I 0 ) -Pourquoi cette formule barbare? Vous possédez sans le savoir, (peut-être) un merveilleux instrument de mesure logarithmique sur vous, je pense à votreoreille. Celle-ci ne vous restitue pas linéairement les variations de puissance auditive de votre environnement. A cause de notre oreille, on utilise ce type de courbe. Sur y évolution de la perception du son Sur x évolution réelle de la puissance du son C est une courbe logarithmique d où cette formule barbare.

12 -Pour notre oreille, la sensation de puissance perçue évolue donc moins vite que l augmentation de la puissance réelle On utilise alors cette échelle que vous étudierez plus tard. -De cette formule barbare, on peut obtenir le rapport db/puissance Rapport 1 1,26 1,6 2 2,5 3 3, ou 10 db , On constate bien que si on double la puissance l augmentation est de 3 db -Pour les accros des maths.

13 C) Le timbre Le timbre dépend de la forme de l onde sonore. Exemple : - le la 3 seul est constitué d une seule fréquence qui est de 440Hz, sa fréquence fondamentale qui donne la hauteur. Visualisation d une fréquence de 440 Hz sur un analyseur de spectre. L axe des abscisses représente les fréquences. L axe des ordonnées représente l amplitude de chaque fréquence. Correspondances entre l écran d un oscilloscope et un analyseur de spectre :

14 -La plupart des sons produits sont constitués d une fréquence principale, appelée la fréquence fondamentale, à laquelle viennent se superposer d autres fréquences moins perceptibles et qui sont des multiplesde la fondamentale, appelées harmoniques. Cela modifie la forme de l onde, c est ce qui donne le timbre.

15 Les deux ondes précédentes mises ensemble -Le timbre d un instrument ou d une voix dépend donc de lafondamentale, des harmoniques et de leur intensité. -Le graphique suivant illustre le son produit par un autre instrument. Il s agit d un son complexe.

16 -Voici maintenant le même son mais visualisé sur un oscilloscope. Le fait qu il s agit d un son complexe est bien visible. III) Le bruit et les moyens de production d un son 3.1) Le bruit Le bruit est une superposition d ondes sonores qui n ont aucun lien entre elles. Elles ne sont pas multiples ou sous multiples les unes des autres, il n y a donc pas de fondamentale et d harmoniques (claquement de porte par exemple). Ce sont des sons partiels. Les instruments de percussions n ont pas de fondamentale (hauteurfixe) donc pas d harmoniques et ne comportent donc que des sons partiels comme les bruits. Et dans ce cas un bruit peut il donc donner de la musique? 3.2) Les moyens de production d un son A) les instruments à cordes -On fait vibrer une corde qui a son tour fait vibrer l air. Le son produit est faible, il est alors amplifié dans un résonateur Exemple -De plus, on joue sur l épaisseur et les longueurs des cordes pour obtenir les notes.

17 B) les instruments à percussion -On frappe sur une membrane pour faire vibrer l air. -La caisse amplifie le son et la taille et la tension de l instrument permettent d aller dans les graves ou les aigus. C) Les instruments à vent -On souffle dans un tube par une embouchure.on fait ainsi vibrer une colonne d air qui se trouve dans le tube. -La longueur du tube permet d obtenir des graves et des aigus. -Pour modifier la hauteur sans changer forcément de tube, on fait des trous dedans que l on bouche ou non. -On peut aussi boucher l extrémité. D) la voix -La voix est aussi un instrument de musique. On fait vibrer ses cordes vocales, ce qui permet de produire un son. -On expulse de l air qui en passant par les cordes vocales les font vibrer, la caisse de résonnance est ici le larynx, la bouche et le nez. 3.3) les récepteurs Le microphone est un récepteur de son.

18 L oreille est aussi un récepteur de son, mais je laisserai ce champ d investigation à votre professeur de svt. 3.6) les dangers des ondes sonores Si le son atteint un niveau trop élevé, il devient désagréable et c est alors un bruit nuisible. Si l onde sonoreest trop puissante, elle peut endommager la structure interne de l oreille et rendre la personne sourde.voici une échelle de niveau sonore :

19 IV) conclusion -Une onde sonore peut être considérée comme un son ou un bruit. -Un son trop important devient désagréable et devient un bruit. -Pour certains, une musique n est qu un bruit et pour d autres, c est un rythme agréable. -Bruit ou son : une question de culture, de goût personnel Vos parents vous diront : «baisse moi cette radio qui fait trop de bruit» Vous leur répondrez «mais j écoute cette musique» Alors. -Un bruit peut-il être une musique, un son?a vous de juger en votre âme et culture! Complément