0Pour bien démarrer
🎯 Objectifs
- Décrire l'émission et la propagation d'un son (milieu matériel).
- Utiliser la vitesse du son : $d = v\times t$.
- Déterminer une période sur un oscillogramme et calculer une fréquence $f = \dfrac{1}{T}$.
- Situer un son dans le domaine audible ; connaître les risques liés au niveau sonore.
🧰 Prérequis
- Vitesse $v = d/t$ (ch. 2).
- Conversions ms ↔ s, kHz ↔ Hz.
- Notion de signal (4e : sons et lumière).
🔎 Situation de départ
Pendant un orage, tu vois l'éclair puis tu entends le tonnerre 6 secondes plus tard. À quelle distance est tombée la foudre ?
1Émission et propagation
Un son est émis par un objet qui vibre. La vibration se transmet de proche en proche dans un milieu matériel (gaz, liquide, solide). Le son ne se propage pas dans le vide.
2Vitesse du son
La vitesse du son dépend du milieu :
| Milieu | Vitesse (ordre de grandeur) |
|---|---|
| air (20 °C) | ≈ 340 m/s |
| eau | ≈ 1 500 m/s |
| acier | ≈ 5 000 à 6 000 m/s |
$$d = v\times t$$
Orage : $d = 340\times6 = 2040$ m ≈ 2 km. (La lumière arrive quasi instantanément.)
Écho
Pour un écho (sonar, chauve-souris), le son fait un aller-retour : $2d = v\times t$, donc $d = \dfrac{v\times t}{2}$.
3Période et fréquence
Un son périodique se répète. La période $T$ (en s) est la durée d'un motif. La fréquence $f$ (en hertz, Hz) est le nombre de motifs par seconde :
$$f = \dfrac{1}{T}$$
Plus la fréquence est grande, plus le son est aigu ; plus elle est petite, plus il est grave. Le « la » du diapason a pour fréquence 440 Hz.
Sur l'oscillogramme : $T$ = (nombre de divisions d'une période) × (balayage en s/div).
4Domaine audible et niveau sonore
L'oreille humaine perçoit les sons de fréquence comprise entre 20 Hz et 20 000 Hz : c'est le domaine audible. En dessous : infrasons ; au-dessus : ultrasons.
Le niveau sonore se mesure avec un sonomètre, en décibels (dB). À partir de 85 dB, une exposition prolongée est dangereuse ; vers 120 dB, le son devient douloureux. Les lésions de l'oreille sont irréversibles : on se protège (bouchons, éloignement des enceintes, limiter la durée et le volume du casque).
🧪 Simulation 1 — Oscilloscope virtuel
Fais varier la fréquence et l'amplitude. Observe la période et le domaine (infrason, audible, ultrason).
Balayage : 1 ms par division (10 divisions).
🧪 Simulation 2 — Le sonar : mesurer une distance par écho
🧪 Simulation 3 — Échelle des niveaux sonores
🛠️ Méthode — Déterminer une fréquence sur un oscillogramme
Énoncé
Voici l'oscillogramme d'un son (balayage : 0,5 ms/div). Détermine sa période puis sa fréquence. Est-il audible ?
Exemple entièrement rédigé
- Repérer un motif : on compte le nombre de divisions occupées par une période : ici 4 divisions (mieux : on mesure 2 périodes = 8 div pour être plus précis).
- Calculer T : $T = 4\times0{,}5 = 2$ ms.
- Convertir : $T = 2\times10^{-3}$ s.
- Calculer f : $f = \dfrac{1}{T} = \dfrac{1}{2\times10^{-3}} = 500$ Hz.
- Conclure : 20 Hz < 500 Hz < 20 000 Hz : le son est audible.
⚠️ Erreurs fréquentes
| Ce qu’on lit souvent | Ce qu’il faut retenir |
|---|---|
| ❌ Le son se propage dans le vide. | ✅ Il lui faut un milieu matériel (pas de son dans l'espace). |
| ❌ Le son va plus vite dans l'air que dans l'eau. | ✅ Il va plus vite dans l'eau (≈ 1 500 m/s) et encore plus dans les solides. |
| ❌ f = T, ou f = 1/T avec T en ms donne des Hz. | ✅ $T$ doit être en secondes pour obtenir $f$ en Hz. |
| ❌ Pour un écho, d = v × t. | ✅ Aller-retour : $d = \dfrac{v\times t}{2}$. |
| ❌ Un son plus fort est plus aigu. | ✅ Fort ↔ amplitude ; aigu ↔ fréquence. |
| ❌ Les ultrasons sont des sons très forts. | ✅ Ce sont des sons de fréquence > 20 kHz, inaudibles. |
📌 L’essentiel
- Un son est émis par un objet qui vibre ; il se propage dans un milieu matériel, pas dans le vide.
- Vitesse : ≈ 340 m/s (air), ≈ 1 500 m/s (eau) ; $d = v\times t$ ; écho : $d = \dfrac{v\times t}{2}$.
- $f = \dfrac{1}{T}$ (f en Hz, T en s) ; aigu = fréquence élevée.
- Domaine audible : 20 Hz – 20 kHz (infrasons / ultrasons hors domaine).
- Niveau sonore en dB ; danger dès 85 dB en exposition prolongée ; douleur ≈ 120 dB.
✅ Quiz — je fais le point
Réponds seul(e). Aucune correction n’est affichée : ton professeur fera le bilan avec toi.
1. Dans quel milieu le son ne se propage-t-il pas ?
2. Un son a une période de 5 ms. Sa fréquence vaut :
3. Un son de fréquence 30 kHz est :
4. On entend le tonnerre 3 s après l'éclair. La foudre est à environ :
5. Un son plus aigu a une fréquence :
6. À partir de quel niveau sonore une exposition prolongée devient-elle dangereuse ?