Lycée Paul CEZANNE Aix-en-Provence Terminale S Réforme 2012

Transcription

1 On appelle onde mécanique progressive le phénomène de propagation d une perturbation dans un milieu élastique, sans transport de matière, mais avec un transport d énergie. Lorsque la propagation ne se fait que dans une seule direction, c est une onde progressive à une dimension. Il y a aussi des ondes à deux dimensions (vagues créées par la chute d un caillou dans l eau) et à trois dimensions (le son se propageant dans l air). Exemple : perturbation le long d une corde, un ressort. Une onde transversale provoque une perturbation dont la direction est perpendiculaire à la direction de propagation de l onde. Une onde longitudinale provoque une perturbation dont la direction est parallèle à la direction de propagation de l onde. La valeur de la vitesse V de propagation d une onde, aussi appelée célérité, est le rapport de la distance d qu elle parcourt par la durée Δt mise par l onde pour parcourir cette distance : d V= Δt Avec V en m.s-1, d en m et Δt en s L élongation est l amplitude de la perturbation. L élongation en un point dépend à la fois de la position de ce point mais aussi du temps. u A B d u A B Document 1 : retard de passage d une perturbation La perturbation en B, à l instant t B = t A + τ, est telle qu elle existait en A à l instant t A ; est appelé retard de passage de la perturbation en B par rapport à A : AB d τ = = V V

2 Rappel : un phénomène périodique est un phénomène qui se reproduit à l identique et à intervalle de temps régulier. Cet intervalle est appelé période, on la note et elle s exprime en seconde. Expérience : cuve à ondes avec pointe vibrante L onde mécanique circulaire créée par une pointe vibrante et qui se propage à la surface de l eau est périodique. Une onde progressive est sinusoïdale lorsque l élongation de tout point du milieu de propagation est une fonction sinusoïdale du temps. Élongation X t Document 2 : onde sinusoïdale La période temporelle de l onde est la durée au bout de laquelle un point du milieu de propagation se retrouve exactement dans le même état. Cette période est égale à celle du vibreur. La fréquence de l onde est : 1 ν= Élongation t

3 La période spatiale d une onde est appelée longueur d onde : c est la distance qui sépare deux états identiques successifs de l onde (deux crêtes, deux creux, etc.), elle s exprime en mètre. Élongation x Document 3 : période spatiale (ou longueur d onde) et période temporelle La longueur d onde d une onde sinusoïdale est la distance parcourue par l onde pendant une période : V= ou encore =V Avec en s, en m et V en -1 m.s Les sons sont une succession de zones de compressions et de décompressions se propageant dans un milieu : Zones de compression Zones de décompression Document 4 : représentation d une onde sonore sur une dimension Les sons audibles par l oreille humaine ont une fréquence comprise entre 20 Hz et 20 khz : 20 Hz 20 khz Fréquence Infrasons Sons audibles Ultrasons Document 5 : spectre des ondes sonores

4 Un son pur est un son sinusoïdal. Exemple ci-dessous : son «pur» La 440 Lorsqu on en fait l analyse en fréquence (transformée de Fourier), on voit qu il n y a qu une seule fréquence sinusoïdale : 440 Hz. Document 6 : représentation temporelle et analyse de Fourier d un son pur Un son de fréquence f 1 qui n est pas sinusoïdal peut être décomposé en une somme de sons sinusoïdaux de fréquences f multiples de f 1. Exemple de son composé (La 440) : Le spectre en fréquence d un son est la représentation graphique de l amplitude de ses composantes sinusoïdales en fonction de la fréquence. Spectre en fréquence de ce son composé (La 440) : Document 7 : représentation temporelle et analyse de Fourier d un son complexe

5 La fréquence f 1 est appelée fondamental, les fréquences des autres signaux, multiples de f 1, sont appelées harmoniques. L analyse spectrale d un son musical permet de caractériser : - La hauteur du son, liée à la fréquence f 1 du fondamental ; - Le timbre du son, lié au nombre et à l amplitude des harmoniques. On peut mesurer l intensité acoustique I d un son, en W.m -2 : l intensité minimale perçue par l oreille, I 0, est aussi appelée seuil d audibilité d un son. La valeur de I 0 dépend de la fréquence du son (l oreille n a pas la même sensibilité dans tous les domaines de fréquences). Le niveau d intensité sonore L est défini par : Avec I 0 et I en W.m -2 et L en décibels (db) I L = 10 log I 0 Seuil de douleur Risque de perte d audition permanente si exposition régulière de plus d une minute Ne commettez pas de suicide auditif!!! rès incommodant Niveau auquel commencent les lésions Gênant 90 db Aboiement, tondeuse 80 db Rue à fort trafic 70 db Salle de classe bruyante 130 db Avion au décollage à 100m 120 db Circuit de F1, coup de feu avec un petit calibre à 1m 110 db Ambulance à 5m, discothèque, concert rock 100 db Klaxon, marteau piqueur à 2m, écouteurs de walkman au maximum 60 db Conversation animée Confortable 50 db Bureau occupé, avec équipements 40 db Séjour 30 db Salle de lecture 20 db Chambre à coucher À peine audible Seuil d audibilité 10 db Studio radiophonique, respiration 0 db Document 8 : diagramme des niveaux sonores en db Lorsque plusieurs instruments de musique jouent ensemble, lors d un concert par exemple, les intensités acoustiques I dues à chaque instrument s ajoutent, mais pas les niveaux d intensités sonores L.