À propos de cette page
Ce cours de physique en cinquième sur « Propagation des ondes sonores » suit le programme officiel de physique de cinquième. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : La source sonore et la vibration, Un son se propage dans la matière, Le son ne se propage pas dans le vide, Hauteur d'un son : fréquence. Chaque notion est expliquée pas à pas, puis mise en pratique grâce à des exercices interactifs, un QCM et une évaluation corrigée. Idéal pour réviser à son rythme, combler ses lacunes et progresser, en autonomie ou avec un professeur. Cours rédigé par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de cinquième à réussir en physique.
Au programme
1 · La source sonore et la vibration
2 · Un son se propage dans la matière
3 · Le son ne se propage pas dans le vide
4 · Hauteur d'un son : fréquence
5 · Intensité sonore et niveau sonore
6 · La vitesse du son
7 · Le retard sonore et l'écho
8 · Pollution sonore et protection de l'ouïe
1La source sonore et la vibration
Un son est produit par un objet qui vibre. On appelle cet objet une source sonore.
Définition. Une source sonore est tout objet dont les vibrations mécaniques créent un son perceptible.
Exemples de sources sonores :
- Les cordes d'une guitare qui vibrent quand on les pince.
- La membrane d'un haut-parleur qui se déplace d'avant en arrière.
- Les cordes vocales d'une personne qui parle ou chante.
- La peau d'un tambour frappée par une baguette.
Exemple. En posant la main sur la caisse d'une guitare pendant qu'on joue, on sent les vibrations. Si on bloque les cordes, le son s'arrête immédiatement.
Ces vibrations se transmettent au milieu environnant, créant des ondes sonores.
2Un son se propage dans la matière
Les ondes sonores ont besoin d'un milieu matériel pour se propager. Elles se propagent dans :
| Milieu | Exemples |
|---|
| Gaz | Air, vapeur d'eau |
| Liquide | Eau, mercure |
| Solide | Bois, métal, roche |
Lorsqu'un son se propage, il comprime et dilate alternativement les particules du milieu sans les déplacer durablement : les particules oscillent autour de leur position d'équilibre et transmettent l'énergie à leurs voisines.
Astuce. Pour retenir les milieux de propagation : « Solide, Liquide, Gaz = SLG ». Le son passe dans tous sauf le vide !
3Le son ne se propage pas dans le vide
Une expérience célèbre : on place une sonnette dans un bocal hermétique, puis on pompe l'air pour créer le vide. On constate que :
- La sonnette sonne et émet des sons quand l'air est présent.
- Le son diminue progressivement au fur et à mesure qu'on retire l'air.
- Quand le vide est total, on n'entend plus rien.
Règle. Le son ne se propage pas dans le vide. Il lui faut un milieu matériel.
Attention ! Dans les films de science-fiction, on entend les explosions dans l'espace. C'est faux ! Dans le vide spatial, les sons sont inaudibles.
C'est pourquoi les astronautes communiquent par radio dans l'espace : les ondes radio (électromagnétiques) se propagent dans le vide, contrairement aux ondes sonores.
4Hauteur d'un son : fréquence
La hauteur d'un son désigne son caractère aigu ou grave. Elle est liée à la fréquence des vibrations de la source.
Définition. La fréquence f est le nombre de vibrations par seconde. Elle s'exprime en hertz (Hz).
| Hauteur | Fréquence | Exemple |
|---|
| Son grave | Faible fréquence | Grosse caisse : ~60 Hz |
| Son aigu | Grande fréquence | Flûte aiguë : ~2000 Hz |
Exemple. La voix humaine parle entre 80 Hz et 1000 Hz. Un chien perçoit des sons jusqu'à 65 000 Hz (ultrasons), inaudibles pour l'homme.
L'oreille humaine perçoit des sons entre 20 Hz et 20 000 Hz. En dehors de cette plage :
- En dessous de 20 Hz : infrasons (grondements de la Terre, baleine bleue).
- Au-dessus de 20 000 Hz : ultrasons (chauves-souris, échographies médicales).
5Intensité sonore et niveau sonore
L'intensité sonore caractérise la puissance transportée par le son. Elle détermine si un son est fort ou faible.
Définition. Le niveau sonore (ou niveau d'intensité sonore) mesure l'intensité d'un son. Il s'exprime en décibels (dB).
| Situation | Niveau sonore |
|---|
| Seuil d'audition | 0 dB |
| Bibliothèque calme | 30 dB |
| Conversation normale | 60 dB |
| Aspirateur | 75 dB |
| Concert de rock | 110 dB |
| Seuil de douleur | 130 dB |
Attention ! Au-delà de 85 dB pendant une exposition prolongée, les cellules de l'oreille interne peuvent être endommagées de façon irréversible.
L'intensité sonore diminue quand la distance à la source augmente. Éloignez-vous d'une source sonore puissante pour vous protéger !
6La vitesse du son
Le son ne se déplace pas instantanément : il a une vitesse finie, qui dépend du milieu dans lequel il se propage.
| Milieu | Vitesse du son (environ) |
|---|
| Air (20 °C) | 340 m/s |
| Eau douce | 1 500 m/s |
| Acier | 5 000 m/s |
Règle. Le son se propage d'autant plus vite que le milieu est dense et rigide : solide > liquide > gaz.
La relation fondamentale entre vitesse, distance et durée est :
Formule. d = v × t où d est la distance en mètres (m), v la vitesse en m/s et t la durée en secondes (s).
Exemple. Un coup de tonnerre est entendu 3 s après l'éclair. Distance = 340 × 3 = 1 020 m ≈ 1 km.
7Le retard sonore et l'écho
Comme le son a une vitesse finie, il arrive avec un certain retard par rapport à l'événement qui l'a produit.
Définition. Un écho est un son réfléchi par un obstacle (mur, falaise, montagne) et entendu après le son direct, avec un retard perceptible.
Pour qu'un écho soit distinct, le retard entre le son direct et le son réfléchi doit être supérieur à environ 1/10 s. À 340 m/s dans l'air, cela correspond à une distance minimale d'environ 17 m entre l'émetteur et l'obstacle.
Astuce. La technique de l'écho est utilisée dans les sonars (bateaux, dauphins) et les échographies pour mesurer des distances et visualiser des structures internes.
Exemple. Un sonar envoie une impulsion ultrasonore et reçoit l'écho 0,6 s plus tard. Si la vitesse du son dans l'eau est 1 500 m/s, la distance à l'obstacle est : d = v × t/2 = 1500 × 0,3 = 450 m (on divise par 2 car le son fait l'aller-retour).
8Pollution sonore et protection de l'ouïe
La pollution sonore est une exposition excessive à des sons forts qui nuit à la santé.
- Une exposition prolongée à des niveaux supérieurs à 85 dB provoque une surdité progressive.
- Les cellules ciliées de l'oreille interne (cochlée) ne se régénèrent pas.
- La surdité due au bruit est irréversible mais entièrement évitable.
Astuce. Pour se protéger : utiliser des bouchons d'oreilles lors de concerts, s'éloigner des sources sonores puissantes, limiter l'usage du casque audio à 60 % du volume maximum.
Attention ! Écouter de la musique trop fort avec des écouteurs est une cause croissante de surdité précoce chez les jeunes. La règle 60/60 : volume ≤ 60 %, durée ≤ 60 minutes d'affilée.
★À retenir
En bref :
• Le son est produit par la vibration d'une source sonore.
• Il se propage dans tout milieu matériel (solide, liquide, gaz) mais pas dans le vide.
• La hauteur dépend de la fréquence (Hz) : aigu = haute fréquence ; grave = basse fréquence.
• L'oreille humaine perçoit entre 20 Hz et 20 000 Hz.
• L'intensité sonore se mesure en décibels (dB). Au-delà de 85 dB, risque pour l'ouïe.
• Vitesse du son dans l'air : v ≈ 340 m/s. Formule : d = v × t.
• Solides > liquides > gaz pour la vitesse de propagation du son.
• La pollution sonore provoque une surdité irréversible : protégez vos oreilles !