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Le son est l’un des phénomènes les plus fascinants, notamment parce qu’il peut être considéré comme une réponse humaine à l’activité physique de l’air. En d’autres termes, si personne ne l’entend, ce n’est pas un son, et c’est le mouvement de l’air qui crée l’onde.
La nature de la vitesse du son
Le son est un phénomène qui se propage dans l’air lorsque les molécules se frottent les unes contre les autres, créant ainsi une pression. Ainsi, lorsqu’un objet vibre ou que nous parlons, la densité de l’air augmente et diminue rapidement. Le son est simplement une modification de l’intensité du mouvement des particules d’air. La dynamique ou la vitesse à laquelle les ondes sonores se propagent dans les différents milieux de propagation, tels que l’eau, l’air ou la terre, est connue sous le nom de vitesse du son.
Selon des études scientifiques, le seul environnement dans lequel les ondes sonores ne peuvent pas exister est le vide, car il n’y a pas de particules pour les transporter. Le son ne peut donc pas se déplacer dans l’espace. Comme nous sommes entourés d’un océan d’air, les ondes sonores ont un milieu de propagation qui nous permet d’entendre. À 20 °C, la vitesse du son dans l’air est d’environ 343 m/s, soit 1 242 km/h.
Cependant, ni les caractéristiques de l’onde ni la force qu’elle génère dans le milieu dans lequel elle se propage n’ont d’effet sur le comportement des ondes sonores lorsqu’elles se déplacent dans l’espace. Ce sont les effets des ondes mécaniques sur les changements de pression dans le milieu qui donnent au cerveau la perception du son.
La différence entre la vitesse du son dans l’air et dans d’autres milieux de transmission est due aux propriétés physiques de l’air. Ces facteurs, tels que l’humidité et la pression, ont un effet significatif sur la vitesse des ondes.
Les variables qui affectent la vitesse du son
La température affecte la vitesse à laquelle le son se propage dans un milieu. Les molécules du matériau s’accélèrent et sont capables d’entrer en collision plus souvent lorsqu’il se réchauffe. Et la vitesse du son dans le matériau augmente à mesure que les molécules entrent en collision. À 0 °C, la vitesse du son dans l’air est de 331 m/s.
L’explication la plus simple est que la vitesse du son dans l’air augmente de 0,6 m/s pour chaque degré Celsius d’augmentation de la température, de sorte que la vitesse du son augmente avec la température. Cependant, les matériaux plus denses résistent à la transmission du son, tandis que les matériaux très élastiques la facilitent. Cela s’explique par le fait que les propriétés élastiques du milieu (terre, eau ou air) dans lequel les ondes se propagent, ainsi que le volume ou la densité de certaines d’entre elles, sont liées à la vitesse de certaines d’entre elles.
Parce qu’ils se déforment moins que les liquides et les gaz, les solides ont une plus grande capacité d’élasticité. Cela permet aux ondes sonores de les traverser plus rapidement. En outre, les ondes ont moins tendance à s’éteindre dans les solides. La densité et les propriétés élastiques de chaque milieu peuvent être utilisées pour prédire la vitesse du son dans les gaz, les solides et les liquides.
En plus des paramètres d’élasticité, de densité et de température énumérés ci-dessus, il peut y avoir d’autres paramètres dépendant du milieu qui affectent la propagation des ondes sonores. Par exemple, l’humidité, la salinité et la pression.
Au-delà de la limite de la vitesse du son
Les bangs supersoniques sont des bruits forts qui ressemblent à des explosions. Tout objet se déplaçant dans l’air plus vite que la vitesse du son crée des ondes de choc.
Un objet en mouvement crée des ondes de pression devant et derrière lui lorsqu’il se déplace dans l’air. Les ondes de pression ne peuvent être évitées lorsqu’un objet se déplace à une vitesse accélérée, comme un avion. Elles s’accumulent et se regroupent. Elles finissent par se fondre en une seule onde de choc se déplaçant à la vitesse du son.
Pour les objets supersoniques, l’air se comporte comme un fluide. Des ondes sonores sont créées lorsqu’un objet se déplace dans l’atmosphère. Les avions qui se déplacent rapidement créent une perturbation importante et puissante dans l’air. Les caractéristiques des ondes sonores produites changent à mesure que la vitesse augmente. Les ondes sonores peuvent passer devant un avion si celui-ci se déplace à une vitesse inférieure à celle du son.
Un bang supersonique est produit lorsqu’un avion passe à une vitesse supérieure à celle du son et dépasse le seuil sonique. Le bang supersonique est le « sillage » de l’onde sonore. En une fraction de seconde, la combinaison de toutes les ondes sonores qui se déplacent normalement devant l’avion produit un bang géant.
La vitesse du son est beaucoup plus rapide dans les milieux plus élastiques et à des températures plus élevées. Elle est donc plus rapide dans les solides que dans les liquides, et plus rapide dans les liquides que dans tout type de gaz. L’air est donc le milieu dans lequel la vitesse du son est la plus lente. Pour aller plus loin, testez vos connaissances sur la vitesse du son et de la lumière.