Texte TPE

Introduction :

        La propagation du son nous permet d’entendre des sons qui sont réceptionnés par notre appareil auditif, l’oreille. Notre appareil auditif compose un de nos cinq sens qui s’appelle l’ouïe. Ce sens est primordial, car il nous permet par exemple d’être alerté par un danger ou de se situer à l’aide des sons qu’on peut « percevoir » dans l’espace. Nous avons choisi ce sujet, car nous aimons la musique. Notre curiosité nous a poussés à réaliser ce T.P.E. et à répondre à la problématique : Comment la propagation du son se fait-elle dans l’air ? Dans la première partie nous verrons l’Emission d’une onde sonore, ensuite la Réception d’une sonore

1. Une onde sonore

1. Définition d’une onde sonore

Le son est une vibration mécanique dans un fluide (milieu matériel parfaitement déformable ex : l’air), il se propage sous forme d’onde longitudinale (la déformation du milieu suit le même sens que la propagation). Le son est un transport d’énergie et non de matière. L’expérience du ressort va nous permettre de montrer à l’œil nu la propagation d’une vibration mécanique : [pic 1]

[pic 2][pic 3][pic 4][pic 5]

On exerce une énergie sur l’extrémité du ressort qui va être transmise par une compression des différents anneaux pour atteindre l’autre extrémité. On remarque donc bien qu’un transport d’énergie a été effectué et non un transport de matière car les anneaux sont à la même place.

1. Les caractéristiques d’un son

Une onde sonore se caractérise par trois principaux paramètres :         -la vitesse

                                                                                -la fréquence

                                                                                -la longueur d’onde

1. La vitesse

La vitesse d’un son est indiquée par sa longueur d’onde et sa fréquence donc aussi par sa période, car la période est l’inverse de la fréquence. On retrouve donc la formule :

V= λ*f puisque f=1/T et V= λ/T

Avec         V : vitesse de l’onde en m/s

                λ : longueur d’onde en m

                f : fréquence en Hz

                T : période en s

Dans un milieu fluide compressible, comme l’air, le son se propage sous la forme d’une variation de pression créée par la source sonore.

        La vitesse de propagation du son dépend de la densité et de l’élasticité du milieu.        

                -Si les particules sont très lourdes, elles se déplaceront plus lentement que si elles sont légères  et donc le temps nécessaire à la transmission du mouvement à la particule voisine sera plus grand, et l'onde ira donc moins vite

-Si les particules sont très proches, la distance qu'elles doivent parcourir pour aller heurter leurs voisines est plus faible et l'onde ira plus vite. 

Donc dans un gaz la vitesse de la propagation du son est plus lente que dans un liquide qui est plus lente que dans un solide.

Dans notre cas, qui est l’air qui est un gaz la vitesse du son est de 330m/s. On peut la calculer grâce à la formule :                [pic 6]

où [pic 7] est la masse volumique du gaz et [pic 8] sa compressibilité isentropique.

1. La longueur d’onde et la période

La longueur d’onde est en mètre. Elle correspond à la longueur d’une oscillation complète. Elle se caractérise le plus souvent par la distance entre deux crêtes :[pic 9]

        La période est un phénomène périodique qui se répète. Elle se note T et s’exprime en secondes.

[pic 10]

1. La fréquence

La fréquence d’un son s’exprime en Hertz (noté Hz). Elle montre le nombre d’oscillations complètes d’une onde effectué par seconde.

        Dans la musique, la fréquence s’appelle la hauteur. Les sons graves ont des fréquences inférieures à 20 Hz, des sons moyens ont des fréquences entre 500 et 3000 Hz et les sons aigus ont des fréquences supérieures à 3000 Hz.[pic 11]

1. Emission d’une onde sonore

1. La voix

1. Présentation des cordes vocales

Les cordes vocales ou « les plis vocaux » sont des replis des membranes muqueuses du larynx dont la mise en vibration produit les sons vocaux c’est-à-dire le langage, le chant, le cri. Elles sont essentielles à la phonation.

1. Fonctionnement des plis vocaux

                                [pic 12][pic 13]

Lorsque l’on respire les cordes vocales sont ouvertes et l’air passe librement dans le larynx. Elles libèrent alors un espace appelé glotte (en marron sur le schéma).

        Lorsqu’elles sont accolées, ils ne laissent pas passer d’air : c’est l’apnée.

        Lorsqu’elles sont rapprochées, à l’aide d’une pression d’air venant des poumons, elles vibrent l’une contre l’autre ce qui permet alors la phonation.

1. La propagation du son

Pour savoir comment le son se propage dans l’espace on a décidé de faire l’expérience de la cloche sous vide.

Matériel : Cloche sous vide, pompe à air, appareil à détecteur de mouvement qui produira le son.

Protocole : On place l’appareil sous la cloche, et on passe sa main devant pour montrer qu’il produit un son ensuite, on referme la cloche et on repasse sa main devant l’appareil pour montrer qu’on l’entend toujours. Ensuite, on allume la pompe à air pour commencer à faire le vide. Au bout de 5 minutes environ. On arrête la pompe à air et on passe sa main devant l’appareil, le son est alors inaudible. Après on commence à dévisser une vis pour laisser l’air rentrer sous la cloche et on repasse sa main devant l’appareil. On constate que tout au long du remplissage d’air de la cloche, le son s’intensifie.

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