Différences

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--- cours:lycee:sti2d:terminale_technologique:physique_chimie:les_ondes_sonores [2026/05/08 18:10] – prof67
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 ===== Prérequis =====
-Pour aborder ce chapitre avec succès, il est essentiel d'avoir une bonne maîtrise des notions suivantes, acquises lors de vos précédentes années de lycée :
+Pour aborder ce chapitre avec succès, il est essentiel d'avoir une bonne maîtrise des notions suivantes :
-  * **En Première :** La notion générale d'**onde mécanique progressive**. Vous devez savoir qu'une onde est une propagation d'une perturbation, sans transport de matière mais avec transport d'énergie. La distinction entre une onde longitudinale et transversale est également un atout.
+  * **En Première :** La notion générale d'**onde mécanique progressive** (transport d'énergie sans transport de matière).
-  * **En Seconde et Première :** Les concepts de grandeurs physiques fondamentales comme la distance (en mètre, <m>m</m>), le temps (en seconde, <m>s</m>), et la vitesse (en mètre par seconde, <m>m . s^-1</m>).
+  * **En Seconde et Première :** Concepts de distance (m), temps (s), et vitesse (<m>m . s^-1</m>).
-  * **En Mathématiques :** Une connaissance des fonctions logarithmiques, notamment la fonction <m>log_{10}</m> (logarithme décimal), vous sera très utile pour comprendre le niveau d'intensité sonore.
+  * **En Mathématiques :** La fonction <m>log_{10}</m> (logarithme décimal) pour le niveau d'intensité sonore.
-Ce cours sur les ondes sonores s'inscrit parfaitement dans le thème "Ondes et signaux" du programme de Physique-Chimie de Terminale Technologique, constituant une application concreète des principes généraux des ondes et préparant à l'étude des signaux en général.
 ===== Chapitre 1 : Le son, une onde mécanique singulière =====
-==== 1.1. Nature du son : une perturbation mécanique ====
+==== 1.1 Nature du son : une perturbation mécanique ====
-Le son est une **onde mécanique progressive**. Contrairement à la lumière, le son ne peut absolument pas se propager dans le vide.
+Le son est une **onde mécanique progressive**. Elle a besoin d'un support matériel (solide, liquide ou gazeux) pour se propager et ne peut pas se propager dans le vide.
-**<font color="blue">Définition :</font>** Une **onde mécanique** est une propagation d'une perturbation dans un milieu matériel élastique, sans transport de matière.
+**Définition :** Une **onde mécanique** est une propagation d'une perturbation dans un milieu matériel élastique, sans transport de matière.
-==== 1.2. Une onde longitudinale ====
+==== 1.2 Une onde longitudinale ====
-**<font color="blue">Définition :</font>** Une **onde longitudinale** est une onde dont la perturbation est parallèle à la direction de propagation. C'est le cas du son.
+Le son est une **onde longitudinale** : la direction de la perturbation est parallèle à la direction de propagation. Les molécules d'air vibrent d'avant en arrière dans le sens du son.
-==== 1.3. Vitesse de propagation du son ====
+==== 1.3 Vitesse de propagation du son ====
-La vitesse de propagation du son, souvent notée <m>v</m>, dépend du milieu.
+La vitesse <m>v</m> dépend du milieu et de la température.
-<table border="1">
+^ Milieu ^ Vitesse du son (à 20 °C) ^
-   <tr>
+| Air | Environ <m>340 m . s^-1</m> |
-   <th>Milieu</th>
+| Eau | Environ <m>1500 m . s^-1</m> |
-   <th>Vitesse du son (à 20 °C)</th>
+| Acier | Environ <m>5000 m . s^-1</m> |
-   </tr>
-   <tr>
-   <td>Air</td>
-   <td>Environ <m>340 m.s^-1</m></td>
-   </tr>
-   <tr>
-   <td>Eau</td>
-   <td>Environ <m>1500 m.s^-1</m></td>
-   </tr>
-   <tr>
-   <td>Acier</td>
-   <td>Environ <m>5000 m.s^-1</m></td>
-   </tr>
- </table>
-La vitesse du son dans l'air à <m>0 circ C</m> est d'environ <m>331 m.s^-1</m>.
+Dans l'air, à <m>0 circ C</m>, elle est d'environ <m>331 m . s^-1</m>.
-==== 1.4. Ondes sonores, infrasons et ultrasons ====
+==== 1.4 Ondes sonores, infrasons et ultrasons ====
-  * **Ondes sonores :** fréquence entre <m>20 Hz</m> et <m>20000 Hz</m>.
+  * **Sons audibles :** Fréquence entre <m>20 Hz</m> et <m>20000 Hz</m>.
-  * **Infrasons :** fréquence < <m>20 Hz</m>.
+  * **Infrasons :** Fréquence inférieure à <m>20 Hz</m>.
-  * **Ultrasons :** fréquence > <m>20000 Hz</m>.
+  * **Ultrasons :** Fréquence supérieure à <m>20000 Hz</m>.
 ===== Chapitre 2 : Les caractéristiques physiques d'une onde sonore =====
-==== 2.1. Période et fréquence ====
+==== 2.1 Période et fréquence ====
-**Période <m>T</m> :** exprimée en secondes (<m>s</m>).
+La fréquence <m>f</m> et la période <m>T</m> sont liées par :
-**Fréquence <m>f</m> :** exprimée en Hertz (<m>Hz</m>).
+<m>f = (1)/(T)</m>  et  <m>T = (1)/(f)</m>
-Relation : <m>f = 1 / T</m>  et  <m>T = 1 / f</m>
+==== 2.2 Longueur d'onde ====
-==== 2.2. Longueur d'onde ====
+La longueur d'onde <m>lambda</m> est la distance parcourue pendant une période :
+<m>lambda = v . T = (v)/(f)</m>
-**<font color="blue">Définition :</font>** La **longueur d'onde** <m>lambda</m> (m) est liée à la vitesse et à la fréquence par :
+**Exemple :** Pour <m>f = 440 Hz</m> dans l'air (<m>340 m . s^-1</m>) :
+<m>lambda = (340)/(440) approx 0,77 m</m>
-<m>lambda = v * T = v / f</m>
+==== 2.3 Intensité sonore et niveau d'intensité sonore ====
-**Exemple :** <m>f = 440 Hz</m> et <m>v = 340 m.s^-1</m> donne <m>lambda = 340 / 440 approx 0,77 m</m>.
+L'**intensité sonore** <m>I</m> s'exprime en <m>W . m^-2</m>.
+Le seuil d'audibilité est <m>I_0 = 1,0 . 10^-12 W . m^-2</m>.
-==== 2.3. Intensité sonore et niveau d'intensité sonore ====
+Le **niveau d'intensité sonore** <m>L</m> s'exprime en décibels (dB) :
+<m>L = 10 . log((I)/(I_0))</m>
-L'**intensité sonore** <m>I</m> s'exprime en <m>W.m^-2</m>. Le seuil d'audibilité est <m>I_0 = 1,0 * 10^-12 W.m^-2</m>.
+**Exemple :** Si <m>I = 1,0 . 10^-6 W . m^-2</m> :
+<m>L = 10 . log((1,0 . 10^-6)/(1,0 . 10^-12)) = 10 . log(10^6) = 60 dB</m>
-Le **niveau d'intensité sonore** <m>L</m> s'exprime en décibels (<m>dB</m>) :
+===== Chapitre 3 : Les phénomènes ondulatoires =====
-<m>L = 10 * log ( I / I_0 )</m>
+==== 3.1 Réflexion et écho ====
+L'**écho** est perçu si le son réfléchi revient avec un délai supérieur à <m>50 ms</m>.
-**Exemple :** Si <m>I = 1,0 * 10^-6 W.m^-2</m>, alors :
+==== 3.2 Diffraction ====
-<m>L = 10 * log ( ( 1,0 * 10^-6 ) / ( 1,0 * 10^-12 ) ) = 10 * log( 10^6 ) = 60 dB</m>.
+Le son contourne les obstacles. Le phénomène est marqué si la taille de l'ouverture est proche de <m>lambda</m>.
-===== Chapitre 3 : Les phénomènes ondulatoires et le son =====
+==== 3.3 Interférences ====
+Superposition de deux ondes :
+  * **Constructives :** Amplification du son.
+  * **Destructives :** Atténuation du son.
-==== 3.1. Réflexion et écho ====
+===== Chapitre 4 : Perception et applications =====
-L'**écho** nécessite un délai de plus de <m>50 ms</m>.
-==== 3.2. Diffraction ====
+==== 4.1 Attributs du son ====
-Le son contourne les obstacles. L'effet est marqué quand l'ouverture est proche de <m>lambda</m>.
+  * **Hauteur :** Liée à la fréquence (grave/aigu).
+  * **Timbre :** Lié à la forme de l'onde (harmoniques).
-===== Chapitre 4 : Perception du son et applications =====
+==== 4.2 L'effet Doppler ====
+Changement de fréquence perçue dû au mouvement relatif source/observateur.
-==== 4.2. L'effet Doppler ====
+  * La source s'approche : le son paraît plus **aigu**.
-Changement apparent de fréquence dû au mouvement.
+  * La source s'éloigne : le son paraît plus **grave**.
-* Source s'approche : ondes compressées, son plus aigu.
-* Source s'éloigne : ondes étirées, son plus grave.
 ---
-**<font color="orange">Exercice 1 : Écho</font>**
+**Exercice d'application 1 : Écho**
-Écho reçu après <m>t = 1,5 s</m>. Vitesse <m>v = 1540 m.s^-1</m>.
+Un signal revient après <m>1,5 s</m> dans l'eau (<m>v = 1540 m . s^-1</m>).
-Distance totale : <m>d_{total} = v * t = 1540 * 1,5 = 2310 m</m>.
+  * Distance totale : <m>d_{total} = v . t = 1540 . 1,5 = 2310 m</m>
-Profondeur : <m>h = d_{total} / 2 = 1155 m</m>.
+  * Profondeur : <m>h = (d_{total})/(2) = 1155 m</m>
-**<font color="orange">Exercice 2 : Concert</font>**
+**Exercice d'application 2 : Niveau sonore**
-<m>I = 2,5 * 10^-2 W.m^-2</m>
+Si <m>I = 2,5 . 10^-2 W . m^-2</m> :
-<m>L = 10 * log ( ( 2,5 * 10^-2 ) / ( 1,0 * 10^-12 ) ) approx 104 dB</m>.
+<m>L = 10 . log((2,5 . 10^-2)/(1,0 . 10^-12)) approx 104 dB</m>
 ===== Résumé =====
-  * Vitesse air : <m>v approx 340 m.s^-1</m>.
-  * Relation : <m>f = 1 / T</m>.
+  * **Vitesse air :** <m>v approx 340 m . s^-1</m>
-  * Relation fondamentale : <m>lambda = v / f</m>.
+  * **Relation fréquence/période :** <m>f = (1)/(T)</m>
-  * Niveau sonore : <m>L = 10 * log ( I / I_0 )</m>.
+  * **Relation fondamentale :** <m>lambda = (v)/(f)</m>
+  * **Niveau sonore :** <m>L = 10 . log((I)/(I_0))</m>
+  * **Effet Doppler :** Décalage de fréquence lié au mouvement.