Vitesse du son - Définition
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Vitesse du son dans un gaz de Van der Waals
La vitesse du son dans un gaz de Van der Waals est fonction de deux variables thermodynamiques indépendantes, classiquement la température et la masse volumique, ainsi que de quatre paramètres, γ, Rs, a et b.
Exemples de vitesses du son pour différents matériaux
Le tableau suivant donne quelques exemples pour quelques matériaux à une température de 20 °C et sous une atmosphère (en gardant la même source sonore).
| Matériaux | Célérité du son (en m/s) |
|---|---|
| Air | 343 |
| Eau | 1 480 |
| Glace | 3 200 |
| Verre | 5 300 |
| Acier | 5 600 à 5 900 |
| Plomb | 1 200 |
| Titane | 4 950 |
| PVC (Mou) | 2 000 |
| PVC (Dur) | 2 400 |
| Béton | 3 100 |
| Hêtre | 3 300 |
| Granite | 6 200 |
| Péridotite | 7 700 |
| Sable sec | 10 à 300 |
Il faut remarquer qu'il n'y a pas de vitesse du son dans le vide, puisqu'il n'y a aucune particule qui puisse servir de support aux ondes sonores.
Méthodes expérimentales
Il existe plusieurs façons de mesurer la vitesse du son :
- Par mesure d'un temps de propagation
En envoyant depuis un émetteur des impulsions sonores et en les détectant à l'aide d'un microphone, on peut mesurer le temps que met l'impulsion à parcourir la distance les séparant. Cela correspond donc à mesurer la vitesse de l'énergie sonore, c'est-à-dire la vitesse de groupe.
En mesurant successivement la fréquence et la longueur d'onde du son, on obtient sa vitesse en multipliant ces deux grandeurs. Cela correspond à la vitesse de phase. Il existe plusieurs méthodes permettant ces mesures :
- Par exemple, un tube de Kundt est constitué d'un tube bouché à l'une des extrémités, et accolé à un haut-parleur à l'autre. Le son issu de ce haut-parleur est réfléchi par le côté du tube, et il s'installe une onde stationnaire dedans. En déplaçant un microphone dans le tube, on peut en détecter les ventres (maxima) et les nœuds (minima), ce qui permet de mesurer la longueur d'onde, puis la vitesse du son.
- On peut aussi réaliser des ondes stationnaires dans les liquides, mais il est alors impossible d'utiliser un microphone pour les détecter. Cependant, ces ondes agissent sur la lumière de la même façon qu'un réseau optique. Il est donc possible, grâce à un montage optique, de mesurer la vitesse du son.
La différence principale entre ces deux méthodes est le résultat obtenu : d'une part la vitesse de phase, et d'autre part la vitesse de groupe. La différence entre ces deux grandeurs n'est cependant visible que lorsque la dispersion du milieu est importante, ce qui est rarement le cas.
Bibliographie
- Michel Rival, Les grandes expériences scientifiques, dans le chapitre 1822 - Mesurer la vitesse du son, 1996
