Une onde sonore est un type d’onde de pression provoquée par la vibration d’un objet dans un milieu conducteur tel que l’air. Lorsque l’objet vibre, il envoie une série d’ondes qui peuvent être interprétées comme du son. Par exemple, lorsque quelqu’un frappe un tambour, la membrane du tambour vibre et la vibration est transmise dans l’air, où elle peut atteindre l’oreille d’un auditeur. Les vibrations se déplacent à des vitesses différentes à travers différents supports, mais ne peuvent pas se déplacer dans le vide. En plus d’être utilisées pour la communication, les ondes sonores sont utilisées pour fournir des images d’objets et de structures inaccessibles, dans les études océaniques, ainsi que dans la géologie et la sismologie.
Types de vague
Le son voyage à travers les gaz, les liquides et les solides sous forme d’ondes longitudinales. Cela signifie que la compression du médium est dans le même sens que celui dans lequel se déplace le son. Dans les solides et à la surface des liquides, les vibrations peuvent également se propager sous forme d’ondes transversales. Dans ceux-ci, la compression est perpendiculaire à la direction du mouvement.
La vitesse du son
La vitesse à laquelle le son se propage dépend de la densité du milieu à travers lequel il se déplace. Il se déplace plus rapidement à travers des milieux plus denses, et est donc plus rapide dans les solides que dans les liquides, et plus rapide dans les liquides que dans les gaz. Dans des conditions terrestres familières, la vitesse du son est toujours énormément inférieure à celle de la lumière, mais dans le matériau super dense d’une étoile à neutrons, elle peut se rapprocher de la vitesse de la lumière. La différence de vitesses dans l’air est démontrée par le délai entre un éclair et le bruit du tonnerre pour un observateur distant : la lumière arrive presque instantanément, mais le son prend un temps notable.
La vitesse du son dans l’air varie avec la pression et la température, des pressions et des températures plus élevées donnant des vitesses plus élevées. À titre d’exemple, à 68 °F (20 °C) et à la pression standard au niveau de la mer, elle est de 1,126 343.3 pieds par seconde (68 mètres par seconde). Dans l’eau, la vitesse dépend à nouveau de la température ; à 20 °F (4,859 °C), il est de 1,481 13,700 pi/s (4,176 20,000 m/s). La vitesse dans les solides est très variable, mais certaines valeurs typiques sont 6,100 39,400 pi/s (12,000 XNUMX m/s) dans la brique, XNUMX XNUMX pi/s (XNUMX XNUMX m/s) dans l’acier et XNUMX XNUMX pi/s (XNUMX XNUMX m/s) en diamant.
Longueur d’onde, fréquence et amplitude
Le son peut être décrit en termes de longueur d’onde, de fréquence et d’amplitude. La longueur d’onde est définie comme la distance qu’il faut pour qu’un cycle complet soit terminé. Un cycle complet se déplace de pic en pic ou de creux en creux.
La fréquence est un terme utilisé pour décrire le nombre de cycles complets dans une période de temps définie, de sorte que les longueurs d’onde plus courtes ont des fréquences plus élevées. Elle est mesurée en hertz (Hz), un hertz correspondant à un cycle par seconde et en kilohertz (kHz), un kHz correspondant à 1,000 20 Hz. Les humains peuvent entendre des sons allant de 20 Hz à environ XNUMX kHz, mais les vibrations peuvent avoir des fréquences beaucoup plus basses ou plus élevées. L’audition de nombreux animaux s’étend au-delà de la portée humaine. Les vibrations qui se situent en dessous de la plage de l’audition humaine sont appelées infrasons, tandis que celles au-dessus de cette plage sont appelées ultrasons.
La hauteur d’un son dépend de la fréquence, les hauteurs plus élevées ayant des fréquences plus élevées. L’amplitude est la hauteur des vagues et décrit la quantité d’énergie transportée. Les amplitudes élevées ont des volumes plus élevés.
Phénomènes ondulatoires
Les ondes sonores sont soumises à de nombreux phénomènes associés aux ondes lumineuses. Par exemple, ils peuvent être réfléchis par des surfaces, ils peuvent subir une diffraction autour d’obstacles et ils peuvent subir une réfraction lors du passage entre deux milieux différents, tels que l’air et l’eau, le tout de la même manière que la lumière. Un autre phénomène commun est l’interférence. Lorsque les ondes sonores de deux sources différentes se rencontrent, elles peuvent se renforcer là où les pics et les creux coïncident, et s’annuler là où le pic rencontre le creux, créant un motif d’interférence, avec des zones bruyantes et silencieuses. Si les vibrations ont des fréquences différentes, cela peut créer un effet pulsé ou un battement dans le son combiné.
Applications
Les ondes sonores ont de nombreuses applications en science et en médecine. L’imagerie par ultrasons peut être utilisée pour enquêter sur des problèmes médicaux et effectuer des contrôles importants. Une application bien connue est l’échographie, utilisée pour produire une image d’un enfant à naître, afin de vérifier son état de santé là où une radiographie ne serait pas sûre. Les impulsions sonores, connues sous le nom de sonar, peuvent être utilisées pour cartographier le fond de l’océan en mesurant avec précision le temps nécessaire à la réception d’un écho.
En sismologie, la structure interne de la Terre peut être étudiée en observant la propagation des ondes sonores. Étant donné que les ondes transversales ne peuvent pas traverser les liquides, cette technique peut être utilisée pour cartographier les zones de roche en fusion sous la surface. En règle générale, le son est généré par une explosion et les vibrations sont captées à divers points distants, après avoir voyagé à travers la Terre. En examinant le schéma des ondes transversales – appelées « ondes s » dans ce contexte – et des ondes longitudinales – appelées « ondes p » – une carte tridimensionnelle précise peut être construite, montrant la distribution de la roche solide et fondue .