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--- cours:lycee:generale:seconde_generale_et_technologique:physique_chimie:les_ondes_sonores [2025/06/12 20:12] – Cours généré par l'IA: Les ondes sonores (lycee, seconde_generale_et_technologique, physique_chimie) wikiprof
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-====== Les ondes sonores ======
+====== Structure et propriétés de la matière ======
 ===== Prérequis =====
-Ce cours nécessite une bonne compréhension des notions de base sur les ondes étudiées en classe de troisième, notamment la notion de **vitesse de propagation**, de **longueur d'onde** et de **fréquence**. Il s'inscrit dans la continuité de l'étude des phénomènes ondulatoires et prépare aux notions plus complexes de l'acoustique abordées ultérieurement.
+Ce cours nécessite des connaissances de base sur la structure atomique (atomes, ions, molécules), les liaisons chimiques (ionique, covalente) et le calcul de quantités de matière (moles, masse molaire) acquises en Seconde et Première. Il s'inscrit dans la continuité des chapitres sur la structure de la matière et les réactions chimiques.
-===== Chapitre 1 : Production et propagation des ondes sonores =====
+===== Chapitre 1 : Molécules polaires et apolaires =====
-==== 1.1 Définition et caractéristiques des ondes sonores ====
+==== 1.1 Électronégativité et polarité des liaisons ====
-Les **ondes sonores** sont des **ondes mécaniques** longitudinales. Cela signifie qu'elles nécessitent un milieu matériel pour se propager (air, eau, solide) et que les vibrations du milieu se font parallèlement à la direction de propagation de l'onde. Contrairement aux ondes électromagnétiques (lumière), le son ne se propage pas dans le vide.
+L'**électronégativité** est la capacité d'un atome à attirer les électrons d'une liaison covalente. Elle est une grandeur relative qui varie selon la nature de l'atome. Plus l'électronégativité d'un atome est forte, plus il attire les électrons vers lui. Une différence d'électronégativité entre deux atomes liés par une liaison covalente crée une **liaison polaire**, c'est-à-dire une liaison où les électrons ne sont pas partagés équitablement. Le centre de gravité des charges positives n’est pas confondu avec celui des charges négatives. La liaison est alors caractérisée par un **moment dipolaire**. Au contraire, une liaison entre deux atomes ayant la même électronégativité est **apolaire**. Les électrons sont répartis équitablement entre les deux atomes.
-Une onde sonore est produite par la **vibration d'une source**. Cette vibration crée des compressions et des détentes successives du milieu, se propageant sous forme d'une onde.
+  * **Exemple :** La liaison H-Cl est polaire car le chlore (Cl) est plus électronégatif que l'hydrogène (H). La liaison C-C est apolaire.
-* **Amplitude** : correspond à l'écart maximal par rapport à la position d'équilibre des particules du milieu. Elle est liée à l'**intensité sonore** perçue (plus l'amplitude est grande, plus le son est fort). L'intensité sonore s'exprime en **décibels (dB)**.
+==== 1.2 Molécules polaires et apolaires ====
-* **Fréquence** ($f$) : représente le nombre de vibrations par seconde. Elle s'exprime en **hertz (Hz)** et détermine la **hauteur** du son (plus la fréquence est élevée, plus le son est aigu).
-* **Longueur d'onde** ($\lambda$) : distance entre deux points consécutifs du milieu vibrant en phase (par exemple, deux compressions successives). Elle s'exprime en **mètres (m)**.
-* **Vitesse de propagation** ($v$) : vitesse à laquelle l'onde se déplace dans le milieu. Elle dépend des propriétés du milieu et s'exprime en **mètres par seconde (m/s)**. La relation fondamentale entre ces grandeurs est : $v = \lambda \cdot f$.
-* *Exemple :** Le diapason vibrant produit une onde sonore dans l'air. L'amplitude des vibrations détermine le volume du son, la fréquence détermine la hauteur du son. La vitesse de propagation dépend de la température de l'air.
+La polarité d'une molécule dépend à la fois de la polarité de ses liaisons et de sa géométrie. Une molécule contenant des liaisons polaires peut être polaire ou apolaire selon la disposition spatiale de ses atomes.
-==== 1.2 La vitesse du son ====
+  * Une molécule est **polaire** si le vecteur somme de tous les moments dipolaires des liaisons n'est pas nul. Cela signifie qu'il existe une séparation des charges positives et négatives dans la molécule.
+  * Une molécule est **apolaire** si le vecteur somme de tous les moments dipolaires des liaisons est nul. La distribution des charges est symétrique.
+  * **Exemples :** L'eau (\( H_2O \)) est une molécule polaire car ses liaisons O-H sont polaires et sa géométrie angulaire conduit à une séparation des charges. Le dioxyde de carbone (\( CO_2 \)) est une molécule linéaire apolaire malgré la polarité des liaisons C=O. La symétrie de la molécule annule les moments dipolaires.
+  * **Question de réflexion :** Pourquoi le tétrachlorure de carbone (\( CCl_4 \)) est-il une molécule apolaire alors qu'il contient des liaisons polaires ?
-La vitesse du son dépend du milieu de propagation. Dans l'air, à 20°C, elle est d'environ 343 m/s. Elle est plus élevée dans les solides et les liquides que dans les gaz. Elle dépend également de la température du milieu : plus la température est élevée, plus la vitesse du son est grande.
+===== Chapitre 2 : Cohésion et interactions intermoléculaires =====
-* *Question de réflexion :** Pourquoi le son met-il plus de temps à se propager sur une longue distance ?
+La cohésion d'une substance est sa capacité à rester groupée. Elle dépend des **interactions intermoléculaires**, forces d'attraction entre les molécules. Plusieurs types d'interactions existent :
-===== Chapitre 2 : Perception du son =====
+  * **Liaisons hydrogène :** Interactions fortes entre un atome d'hydrogène lié à un atome très électronégatif (O, N, F) et un autre atome très électronégatif. Elles jouent un rôle crucial dans les propriétés de l'eau.
+  * **Forces de van der Waals :** Forces plus faibles incluant les interactions dipôle-dipôle (entre molécules polaires), les interactions dipôle-dipôle induit (entre une molécule polaire et une molécule apolaire) et les forces de London (entre molécules apolaires).
-==== 2.1 L'oreille humaine et la perception du son ====
+La force des interactions intermoléculaires influence l'état physique d'une substance (solide, liquide, gaz) ainsi que ses propriétés physiques (point de fusion, point d'ébullition, viscosité...).
-L'oreille humaine est un organe complexe qui permet de détecter les ondes sonores et de les transformer en signaux nerveux interprétés par le cerveau. L'oreille est composée de trois parties principales : l'oreille externe, l'oreille moyenne et l'oreille interne. L'oreille interne contient la cochlée, qui convertit les vibrations mécaniques en signaux électriques transmis au cerveau.
+===== Chapitre 3 : Dissolution et solubilité =====
-La plage de fréquences audibles par l'homme est comprise entre environ 20 Hz et 20 000 Hz. Au-delà de ces limites, on parle d'infrasons (fréquences inférieures à 20 Hz) et d'ultrasons (fréquences supérieures à 20 000 Hz).
+La **dissolution** est le processus par lequel une substance (le **soluté**) se disperse uniformément dans une autre substance (le **solvant**) pour former un **mélange homogène**, appelé **solution**. La **solubilité** est la quantité maximale de soluté qui peut se dissoudre dans une quantité donnée de solvant à une température donnée.
-==== 2.2 Intensité sonore et seuil de douleur ====
+La **règle "similaire dissout similaire"** indique que les solutés polaires se dissolvent bien dans les solvants polaires, et les solutés apolaires se dissolvent bien dans les solvants apolaires. Cela est dû à la nature des interactions intermoléculaires. Les interactions soluté-solvant doivent être plus fortes que les interactions soluté-soluté et solvant-solvant pour que la dissolution se produise.
-L'**intensité sonore** est une grandeur physique mesurant la puissance sonore par unité de surface. Elle est liée à la perception du volume sonore. Elle s'exprime en décibels (dB). Le seuil d'audibilité est de 0 dB, tandis que le seuil de douleur est d'environ 120 dB. Une exposition prolongée à des niveaux sonores élevés peut endommager l'oreille.
+  * **Exemples :** Le sel (NaCl), un solide ionique polaire, se dissout bien dans l'eau, un solvant polaire. L'huile, un mélange de molécules apolaires, ne se dissout pas dans l'eau. La **miscibilité** est la capacité de deux liquides à se mélanger. L'eau et l'huile ne sont pas miscibles.
+  * **Question de réflexion :** Comment expliquer la solubilité du dioxyde de carbone (\( CO_2 \)) dans l'eau, sachant qu'il est une molécule apolaire ?
-* *Question de réflexion:** Pourquoi est-il important de protéger son audition contre les bruits trop forts ?
+===== Chapitre 4 : Solides ioniques et moléculaires et calcul de concentration =====
-===== Chapitre 3 : Phénomènes liés à la propagation des ondes sonores =====
+Les solides peuvent être classés en fonction de la nature des interactions entre leurs constituants :
-==== 3.1 Réflexion, réfraction et diffraction ====
+  * **Solides ioniques :** Constitués d'ions liés par des forces électrostatiques. Ils ont généralement un point de fusion élevé et sont fragiles. Exemples : NaCl, KCl.
+  * **Solides moléculaires :** Constitués de molécules liées par des forces intermoléculaires (liaisons hydrogène, forces de van der Waals). Ils ont généralement un point de fusion plus bas que les solides ioniques. Exemples : glace (\( H_2O \)), sucre (\( C_{12}H_{22}O_{11} \)).
-* **Réflexion :** Changement de direction d'une onde sonore lorsqu'elle rencontre une surface. L'angle d'incidence est égal à l'angle de réflexion. Exemple : écho.
+La **concentration en quantité de matière** d'une espèce chimique ionique dissoute dans une solution, notée \( c \), est le rapport de la quantité de matière \( n \) de cette espèce par le volume \( V \) de la solution :
-* **Réfraction :** Changement de vitesse et de direction d'une onde sonore lorsqu'elle passe d'un milieu à un autre. Exemple : la propagation du son dans l'air à différentes températures.
-* **Diffraction :** Phénomène par lequel une onde sonore contourne un obstacle. Ce phénomène est plus important lorsque la longueur d'onde est grande par rapport à la taille de l'obstacle. Exemple: on entend le son même si on n'est pas en ligne droite avec la source sonore.
-==== 3.2 Interférences ====
+\[ c = \frac{n}{V} \]
-Lorsqu'il y a superposition de plusieurs ondes sonores, il peut y avoir des **interférences**. Les interférences constructives renforcent le son, tandis que les interférences destructives l'affaiblissent ou l'annulent. Exemple: les battements sonores.
+avec \( c \) en mol/L, \( n \) en mol et \( V \) en L.
+   * **Exercice :** On dissout 5,85 g de chlorure de sodium (NaCl, M = 58,5 g/mol) dans 250 mL d'eau. Calculer la concentration en quantité de matière des ions \( Na^+ \) et \( Cl^- \) dans la solution.
+   * **Correction :**
+       - \( n(\text{NaCl}) = \frac{5.85}{58.5} = 0.1 \, \text{mol} \)
+       - \( n(\text{Na}^+) = n(\text{Cl}^-) = 0.1 \, \text{mol} \)
+       - \( c(\text{Na}^+) = c(\text{Cl}^-) = \frac{0.1}{0.25} = 0.4 \, \text{mol/L} \)
+  * **Cas particulier des savons :** Les savons sont des molécules amphiphiles, c'est-à-dire qu'elles possèdent une partie polaire (hydrophile) et une partie apolaire (hydrophobe). La partie polaire interagit avec l'eau, tandis que la partie apolaire interagit avec les graisses. Cette propriété permet aux savons d'émulsionner les graisses, c'est-à-dire de les disperser dans l'eau sous forme de petites gouttelettes.
 ===== Résumé =====
-* **Ondes sonores:** ondes mécaniques longitudinales nécessitant un milieu matériel pour se propager.
+  * **Électronégativité :** Capacité d'un atome à attirer les électrons d'une liaison.
-* **Amplitude:** écart maximal par rapport à la position d'équilibre, liée à l'intensité sonore (dB).
+  * **Liaison polaire :** Liaison où les électrons ne sont pas partagés équitablement.
-* **Fréquence ($f$):** nombre de vibrations par seconde (Hz), détermine la hauteur du son.
+  * **Liaison apolaire :** Liaison où les électrons sont partagés équitablement.
-* **Longueur d'onde ($\lambda$):** distance entre deux points consécutifs en phase (m).
+  * **Molécule polaire :** Molécule avec un moment dipolaire résultant non nul.
-* **Vitesse de propagation ($v$):** vitesse de déplacement de l'onde (m/s). $v = \lambda \cdot f$.
+  * **Molécule apolaire :** Molécule avec un moment dipolaire résultant nul.
-* **Chapitre 1:** Définition et caractéristiques des ondes sonores, vitesse de propagation du son.
+  * **Interactions intermoléculaires :** Forces d'attraction entre molécules (liaisons hydrogène, forces de van der Waals).
-* **Chapitre 2:** L'oreille humaine, perception du son, intensité sonore (dB) et seuil de douleur.
+  * **Dissolution :** Dispersion uniforme d'un soluté dans un solvant.
-* **Chapitre 3:** Réflexion, réfraction, diffraction et interférences des ondes sonores.
+  * **Solubilité :** Quantité maximale de soluté pouvant se dissoudre dans un solvant.
+  * **Concentration en quantité de matière :** \( c = \frac{n}{V} \)
+  * **Solide ionique :** Constitué d'ions.
+  * **Solide moléculaire :** Constitué de molécules.
+  * **Chapitre 1 :** Définition et exemples de molécules polaires et apolaires.
+  * **Chapitre 2 :** Différents types d'interactions intermoléculaires et leur influence sur les propriétés de la matière.
+  * **Chapitre 3 :** Processus de dissolution, solubilité et règle "similaire dissout similaire".
+  * **Chapitre 4 :** Classification des solides et calcul de concentration ionique.