Le son et les vibrations · ce que vous entendez n'est pas son air

Est-ce exact ?

0:00Quelqu'un te parle, à deux mètres environ. De l'air sort de sa bouche, cet air arrive à ton oreille, et c'est ça que tu entends. Est-ce exact, oui ou non ? Prends ton temps, car presque tout le monde choisit pareil ici. Et la plupart se trompent.

0:22Tout ce qui fait du son vibre.

Tout ce qui fait du son vibre

0:27Vraiment tout : un diapason, une corde de guitare, tes cordes vocales, la membrane du haut-parleur de ton téléphone. Regarde ce diapason. Ses branches oscillent autour de leur équilibre : vers l'extérieur, retour, vers l'intérieur, retour. Ce tour complet, une fois, on l'appelle une vibration.

0:46Et tant qu'il vibre, tu l'entends. Si je le saisis, le silence est immédiat. Pas de vibration, pas de son.

Les particules ne voyagent pas, la vibration si

0:54Cette vibration doit maintenant atteindre ton oreille. Et pour cela il lui faut quelque chose à traverser, une matière : c'est ce qu'on appelle le milieu. Le plus souvent, c'est simplement l'air autour de toi. Regarde les particules d'air. La branche du diapason pousse les particules voisines, elles se déplacent, heurtent leurs voisines puis reviennent.

1:17Et les voisines font exactement pareil. Ainsi cette poussée se transmet, particule après particule, jusqu'à ton oreille. Fais bien attention maintenant, car c'est ici que presque tout le monde se trompe : les particules elles-mêmes ne voyagent pas.

1:35Elles vibrent seulement autour de leur place. Ce qui voyage, c'est la vibration. Exactement comme l'ola dans un stade plein : personne ne marche de gauche à droite, et pourtant l'onde fait le tour du stade. Une différence : dans le stade les gens montent et descendent, perpendiculairement à la direction de l'onde.

2:00Pour le son, les particules vibrent d'avant en arrière le long de la ligne que suit l'onde. Une vibration transmise ainsi s'appelle une onde sonore.

Dans quel sens l'onde se déplace-t-elle ?

2:11Regarde encore cette particule colorée. Dans quel sens voyage l'onde, et comment bouge cette particule ? C'est là que se trouve la différence avec l'ola.

Du tympan au microphone : le récepteur

2:23À la fin, cette onde arrive quelque part. Chez toi c'est le tympan : une fine membrane tendue que l'onde met elle-même en vibration. Cette vibration devient un signal qui gagne ton cerveau par tes nerfs, et c'est alors seulement que tu l'entends.

2:42Un microphone fait d'ailleurs exactement pareil, sauf que la vibration y devient un signal électrique. Source, milieu, récepteur : cette chaîne est derrière chaque son que tu as jamais entendu.

Où le son va-t-il le plus vite : air, eau ou acier ?

2:56D'abord prédire, ensuite regarder. Où le son va-t-il le plus vite, et où le plus lentement : dans l'air, dans l'eau, ou dans l'acier ?

343, 1480 et plus de 5000 mètres par seconde

3:07Dans l'air à vingt degrés, le son va à 343 mètres par seconde. C'est rapide, mais ce n'est rien à côté de l'eau : là c'est 1480. Et dans l'acier plus de 5000 mètres par seconde, quinze fois plus vite que dans l'air. Cela paraît étrange : dans l'acier tout est pourtant bien figé ?

3:26Mais c'est justement pour ça que c'est si rapide. Ce qui compte n'est pas combien les particules sont serrées, mais combien elles sont solidement liées. Dans l'acier elles sont si fortement liées qu'une poussée se transmet aussitôt, comme s'il y avait des ressorts tendus entre elles.

3:48Dans l'air ces ressorts n'existent pas. Là les particules flottent librement et se heurtent, et la vibration voyage alors à peu près aussi vite que les particules elles-mêmes bougent. C'est bien plus lent. Et attention à l'unité, car il y a un piège : pour les solides la vitesse est souvent en kilomètres par seconde.

4:114,3 kilomètres par seconde font donc 4300 mètres par seconde. Pas moins que 343, mais bien plus. Encore une chose, puis on calcule : l'air chaud donne une vitesse du son plus grande, car dans l'air chaud les particules bougent plus vite. Une vitesse du son va donc toujours avec une température.

4:33Ce 343 est la valeur à vingt degrés ; à zéro degré c'est 331. Et maintenant tu sais faire ce que tu ne savais pas il y a quelques minutes.

À quelle distance la foudre est-elle tombée ?

4:44Imagine un orage. Tu vois l'éclair, et trois secondes plus tard tu entends le tonnerre. La lumière est si rapide que ce temps de trajet est négligeable, et ces trois secondes sont donc entièrement au son. À quelle distance l'éclair est-il tombé ?

5:01Cinq étapes.

Calculer en cinq étapes avec v = s / t

5:07Données : le temps vaut 3,0 secondes, la vitesse vaut 343 mètres par seconde. Cherché : la distance s, en mètres. La formule : v égale s divisé par t. Calcul : s vaut 343 fois 3,0, soit 1029 mètres. Réponse : l'éclair est tombé à environ un kilomètre.

5:32Et il y a là une règle que tu n'oublieras plus :

La règle empirique pour les orages

5:36compte les secondes entre l'éclair et le tonnerre, divise ce nombre par trois, et tu sais à combien de kilomètres l'orage se trouve.

Trois choses à retenir

5:45Trois choses à retenir. Un : le son commence toujours par quelque chose qui vibre. Deux : cette vibration est transmise par un milieu, et les particules elles-mêmes ne suivent pas. Et trois : plus les particules sont solidement liées, plus c'est rapide, et avec v égale s divisé par t tu le calcules.

6:06Deux questions pour finir.

Deux questions à essayer soi-même

6:10Essaie d'abord, la réponse ensuite. Un : tu poses l'oreille sur le rail et tu entends le train avant l'air. Pourquoi ? Deux : pourquoi n'entend-on aucune explosion dans l'espace ? Réfléchis un instant...

Les réponses

6:31Un : l'acier transmet la vibration bien plus vite que l'air, car les particules y sont solidement liées. Et deux : dans l'espace, pas de milieu, et sans milieu rien ne peut transmettre cette vibration. Pas de milieu, pas de son.