Physique-Chimie — Seconde

Les ondes sonores — Seconde Physique

Nature du son, vitesse, fréquence, période, longueur d'onde et niveau sonore.

Par ProfBot

Les ondes sonores — Seconde Physique

🎯 Objectif : Comprendre la nature des ondes sonores et leurs caractéristiques.


1. Nature du son

Le son est une onde mécanique longitudinale : il résulte de la vibration d'un milieu (compression/dilatation alternées).

Le son nécessite un milieu matériel pour se propager (il ne se propage pas dans le vide).

Sources sonores : cordes vocales, haut-parleur, corde de guitare, membrane...


2. La célérité du son

La célérité (vitesse) du son dépend du milieu :

MilieuCélérité
Air (20°C)≈ 340 m/s
Eau (25°C)≈ 1500 m/s
Acier≈ 5100 m/s
VideImpossible

💡 Le son va plus vite dans les solides que dans les liquides, plus vite dans les liquides que dans les gaz.

Application : Pour estimer la distance d'un orage :


d = v × t = 340 × t (en mètres)

t = durée entre l'éclair et le tonnerre (s)

3. Période et fréquence

Un son pur est une vibration périodique :


T = période (s) : durée d'un cycle complet
f = fréquence (Hz) : nombre de cycles par seconde

f = 1/T    et    T = 1/f

Fréquences remarquables :

Domaine audible humain : 20 Hz à 20 000 Hz (20 kHz)


4. Longueur d'onde

La longueur d'onde λ est la distance parcourue par l'onde pendant une période :


λ = v × T = v / f

λ : longueur d'onde (m)
v : célérité (m/s)
T : période (s)
f : fréquence (Hz)

Exemple : La de 440 Hz dans l'air :


λ = 340 / 440 ≈ 0,77 m

5. Hauteur et timbre

Hauteur (fréquence) :

Timbre : Le timbre est ce qui différencie deux instruments jouant la même note : il dépend de la forme du signal (harmoniques).

Amplitude : L'amplitude est liée au volume (intensité sonore).


6. Niveau sonore et décibels


L = 10 × log(I / I₀)    [dB]

I₀ = 10⁻¹² W/m²  (seuil d'audition)
I  : intensité sonore (W/m²)
SourceNiveau (dB)
Seuil d'audition0 dB
Chuchotement20 dB
Conversation60 dB
Tondeuse90 dB
Concert rock110 dB
Avion au décollage120 dB (seuil de douleur)

⚠️ L'échelle est logarithmique : +10 dB → intensité ×10


7. Exemple numérique

Un haut-parleur émet un son de fréquence 680 Hz.


T = 1/f = 1/680 ≈ 1,47 × 10⁻³ s = 1,47 ms

λ = 340 / 680 = 0,5 m

📝 Exercices

  1. Un son a une période T = 2,5 ms. Calculer sa fréquence et sa longueur d'onde dans l'air.
  2. Un éclair est vu 4 s avant le tonnerre. À quelle distance est l'orage ?
  3. Un chien perçoit des ultrasons jusqu'à 45 000 Hz. Calculer λ pour 45 kHz dans l'air.
  4. Une source émet une intensité I = 10⁻⁶ W/m². Calculer le niveau sonore en dB.

✅ À retenir


f = 1/T           λ = v/f = v·T
v_son ≈ 340 m/s dans l'air
Domaine audible : 20 Hz – 20 kHz
Grave = basse fréquence    Aigu = haute fréquence
L = 10·log(I/I₀)   [dB]

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