Pendant un orage, tu vois l’éclair, puis tu comptes quelques secondes avant d’entendre le tonnerre. Comment le grondement met-il tant de temps à arriver ? Ce chapitre répond à cette question : il explique comment un son est produit, comment sa propagation se fait dans la matière, à quelle vitesse, et pourquoi il peut revenir sous forme d’écho.
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La propagation du son : un son naît d’une vibration
Un son est produit par un objet qui vibre : la corde d’une guitare, la membrane d’un haut-parleur, les cordes vocales quand tu parles. Pour le vérifier, pose la main sur ta gorge pendant que tu parles, ou frôle la membrane d’un haut-parleur qui joue : tu sens des vibrations. Si l’on arrête la vibration, le son s’arrête aussi.
Une source sonore est un objet qui vibre et émet un son. Le son est une vibration qui se propage de proche en proche dans un milieu, jusqu’au récepteur (l’oreille, un microphone).
Le son se propage dans la matière
Le son a besoin d’un milieu matériel pour se propager. Quand la membrane d’un haut-parleur vibre, elle pousse et tire les particules d’air voisines : elles se rapprochent (compression) puis s’éloignent (dilatation), et cette perturbation avance de proche en proche. Les particules oscillent sur place, elles ne voyagent pas avec le son : c’est la vibration qui se déplace.
Cela se produit dans les gaz, les liquides et les solides. Un plongeur entend les moteurs d’un bateau, et on peut entendre un train arriver en posant l’oreille sur le rail. En revanche, comme il n’y a aucune particule dans le vide, le son ne s’y propage pas.
Le son se propage dans les milieux matériels (solides, liquides, gaz) mais pas dans le vide.
La vitesse du son
Le son ne se propage pas instantanément. Sa vitesse dépend du milieu : elle est plus faible dans les gaz, plus grande dans les liquides, et encore plus grande dans les solides. Dans l’air à 20 °C, elle vaut environ 340 m/s (soit à peu près 1 200 km/h).
Dans l’air, la lumière se propage environ un million de fois plus vite que le son : 300 000 km/s contre 0,34 km/s. C’est pourquoi on voit l’éclair presque instantanément et on entend le tonnerre bien plus tard.
v = d ÷ t donc d = v × t
avec v la vitesse (m/s), d la distance parcourue (m) et t la durée (s).
Tu comptes 6 s entre l’éclair et le tonnerre. La lumière arrive presque tout de suite, donc la durée mesurée est celle du son. Distance : d = v × t = 340 × 6 = 2 040 m, soit environ 2 km. On retient : 3 secondes ≈ 1 km.
Réflexion du son et écho
Quand le son rencontre un obstacle dur et lisse (un mur, une falaise), il est en grande partie réfléchi : il fait demi-tour. Si l’obstacle est assez loin, on entend le son direct puis son écho. Pour que l’oreille distingue les deux, il faut environ 0,1 s d’écart, ce qui correspond à un obstacle à au moins 17 m.
Léa crie face à une falaise et entend l’écho 1,2 s plus tard. Le son a fait l’aller et le retour : distance totale = 340 × 1,2 = 408 m. La falaise est à 408 ÷ 2 = 204 m.
Les sonars des bateaux et les échographies utilisent ce principe : on mesure la durée d’un aller-retour pour trouver la distance d’un obstacle.
Absorption et isolation phonique
Les matériaux durs et lisses (béton, carrelage, vitre) réfléchissent bien le son. Les matériaux mous et poreux (laine, mousse, rideaux épais, moquette) l’absorbent. On les utilise pour isoler les pièces (double vitrage, panneaux acoustiques) et réduire l’écho dans une salle. Le niveau sonore se mesure en décibels (dB) : au-delà d’environ 85 dB, une exposition prolongée peut abîmer l’audition.
Dans les films de science-fiction, on entend des explosions dans l’espace : c’est faux, puisque le son ne se propage pas dans le vide. Autre confusion : croire que le son est plus rapide que la lumière.
Pas de matière, pas de son. Pour l’écho, on divise toujours la distance totale par deux : le son fait l’aller et le retour.
L’essentiel à retenir
- Un son est produit par un objet qui vibre (la source) et reçu par un récepteur (oreille, microphone).
- Le son se propage dans les solides, les liquides et les gaz, mais pas dans le vide.
- Dans l’air à 20 °C, la vitesse du son est d’environ 340 m/s ; elle est plus grande dans l’eau (1 500 m/s) et dans l’acier (5 000 m/s).
- La lumière est beaucoup plus rapide que le son : on voit l’éclair avant d’entendre le tonnerre.
- Pour calculer une distance : d = v × t ; pour un écho, la distance de l’obstacle est la moitié de la distance parcourue.
- Les matériaux durs réfléchissent le son, les matériaux mous l’absorbent ; le niveau sonore se mesure en décibels.