Sciences physiques et chimiques en laboratoire (STL) · Terminale · Ondes
Ondes sonores et ondes stationnaires
Pourquoi une corde chante sa note.
En bref
Le son est une onde mécanique longitudinale : une succession de compressions et de dilatations du milieu.
Le son est une onde mécanique longitudinale : une succession de compressions et de dilatations du milieu. Il ne se propage pas dans le vide.
Propagation et célérité
v(air, 20 °C) ≈ 340 m/s ; v(eau) ≈ 1 500 m/s ; v(acier) ≈ 5 000 m/s
Le son va plus vite dans les liquides et les solides que dans les gaz.
Caractériser un son
| Caractéristique | Grandeur physique |
|---|---|
| hauteur (grave / aigu) | fréquence du fondamental |
| timbre | composition en harmoniques (le spectre) |
| intensité perçue | niveau d’intensité sonore L |
L = 10 × log ( I / I₀ ) avec I₀ = 1,0 × 10⁻¹² W/m², L en décibels (dB)
Doubler l’intensité ajoute 3 dB ; la multiplier par 10 ajoute 10 dB. Au-delà de 85 dB, une exposition prolongée abîme l’oreille.
Ondes stationnaires
Quand une onde se réfléchit aux deux extrémités d’un milieu borné (corde fixée, colonne d’air), l’onde incidente et l’onde réfléchie se superposent : on obtient une onde stationnaire. Certains points ne bougent jamais (nœuds), d’autres vibrent au maximum (ventres). Deux nœuds consécutifs sont distants de λ / 2.
Modes propres d’une corde fixée à ses deux bouts
Les deux extrémités sont des nœuds : la corde contient un nombre entier de fuseaux.
L = n × λ / 2 donc fₙ = n × v / (2L)
n = 1 est le fondamental, n = 2, 3… les harmoniques. La célérité v dépend de la tension de la corde et de sa masse linéique : tendre la corde rend le son plus aigu.
Modes propres d’une colonne d’air
| Colonne | Extrémités | Fréquences propres |
|---|---|---|
| ouverte aux deux bouts | deux ventres | fₙ = n × v / (2L) |
| fermée à un bout | un nœud (fermé), un ventre (ouvert) | fₙ = (2n − 1) × v / (4L) |
Un tuyau fermé à un bout ne produit que les harmoniques impairs, et son fondamental est une octave plus grave qu’un tuyau ouvert de même longueur.
Exemple travaillé
Une corde de guitare de 65 cm émet un la à 110 Hz.
- λ₁ = 2L = 1,30 m.
- v = λ₁ × f₁ = 1,30 × 110 = 143 m/s.
- Le deuxième harmonique a pour fréquence 220 Hz.
Les décibels ne s’additionnent pas : deux sources de 60 dB donnent 63 dB, pas 120 dB.
Teste-toi
6 questions pour vérifier
Touche une réponse : la correction s’affiche tout de suite.
1.Le son se propage dans le vide.
2.La hauteur d’un son est liée à…
3.Deux instruments jouent la même note mais sonnent différemment : ils diffèrent par…
4.Une intensité sonore de 1,0 × 10⁻⁶ W/m² correspond à un niveau de…
5.Doubler l’intensité sonore augmente le niveau de…
6.Dans une onde stationnaire, deux nœuds consécutifs sont distants de…
0 / 6 questions
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