Module 3 Les ondes sonores SPH 3 U

Module 3: Les ondes sonores SPH 3 U

Les attentes 1. Décrire les caractéristiques et les propriétés des ondes mécaniques. 2. Analyser, en appliquant la méthode scientifique, les caractéristiques des ondes mécaniques (laboratoire). 3. Analyser des problèmes causés par les ondes mécaniques et des solutions technologiques basées sur la connaissance des ondes.

13. 1: Introduction à la théorie des ondes • Démonstration • Simulations (https: //www. edumedia-sciences. com/fr/node/355 ondes)

Quelle est la différence? A B

Quelle est la différence? Onde longitudinale Onde transversale

Ondes longitudinales vs transversales * Onde longitudinale La direction de l’onde est parallèle au mouvement de la source. Onde transversale La direction de l’onde est perpendiculaire au mouvement de la source. Onde: Perturbation d’un milieu qui peut se propager (car les particules sont liées)

Que désigne chaque mot?

Caractéristiques des ondes périodiques *

Les caractéristiques des ondes * Terme Période, T Fréquence, f Amplitude, A Définition Longueur d’un cycle (en m) Durée d’un cycle (en s) Nombre de cycles dans 1 s (en Hz) Perturbation maximale depuis 0 (en m)

À ton tour! p. 473 #23

L’équation d’onde •

L’équation d’onde * •

Exemple #1 (p. 443) RA: Calcule la période et la fréquence d’un diapason dont les dents vibrent 375 fois en 3, 00 secondes.

Exemple #2 (p. 444) RA: Calcule la vitesse d’une onde sonore qui s’éloigne du diapason de l’exemple 1 si la longueur d’onde d’un cycle est de 275 cm.

À ton tour! p. 445 #1 -2 -3

13. 3: Le nombre de Mach et le mur du son

Rapport entre vitesse et température * •

Exemple #4 RA: Calculer la vitesse du son à un température donnée. Calcule la vitesse du son s’il fait 20°C.

Le nombre de Mach

Exemple #5 (p. 450) RA: Calculer le nombre de Mach Quel est le nombre de Mach pour un avion qui vole à 839 m/s s’il fait 6 °C?

Exemple #6 (p. 450) RA: Convertir le nombre de Mach en vitesse Un chasseur vole à Mach 3, 2 et la température est de 2, 0 °C. Quelle est la vitesse de l’avion?

Le mur du son * Accumulation d’énergie acoustique (= pression d’air) devant un objet qui s’approche de la vitesse du son. Franchir ce mur demande une grande quantité d’énergie.

Le bang supersonique * https: //www. youtube. com/watch? v=6 B 4 IVc. Cu. IZE Sillage de pression (comme le sillage d’un bateau). Dans certains cas, assez de pression acoustique pour briser le verre. Donc, vol supersonique interdit en Amérique du Nord, sauf si avion assez haut.

À ton tour! p. 454 #1 -2 -3

13. 4: L’intensité du son

Intensité vs distance de la source

Loi de l’inverse du carré * •

Exemple #7 (p. 455) RA: Calculer la diminution de l’intensité du son selon la distance. Un hélicoptère en vol stationnaire pendant un spectacle aérien produit des ondes sonores uniformes. Si le premier spectateur est à 700 m de distance et le deuxième, à 1000 m, de combien l’intensité du son aura-t-elle diminué entre le premier et le deuxième spectateur?

Le système décibel * • Très grand écart d’intensité de son que les humains peuvent percevoir: de 10 -12 W/m 2 à 1, 0 W/m 2. • Donc, système logarithmique.

Classe ces sons du plus doux au plus fort. • • • Aire de lancement d’une fusée. Bruissement de feuilles. Chuchotement. Motocyclette. Seuil de douleur. Tout près des chutes Niagara.

Classe ces sons du plus doux au plus fort. • • • Aire de lancement d’une fusée. Bruissement de feuilles. Chuchotement. Motocyclette. Seuil de douleur. Tout près des chutes Niagara. 1. Bruissement de feuilles 2. Chuchotement 3. Tout près des chutes Niagara 4. Motocyclette 5. Seuil de douleur 6. Aire de lancement d’une fusée

Le système décibel (suite) * •

Exemple #8 (p. 456) RA: Calculer le degré de décibels. Une conversation normale est d’une intensité sonore d’environ 3, 0 x 10 -6 W/m 2. Quel est le degré de décibels pour cette intensité?

Exemple #9 (p. 457) RA: Calculer le changement d’intensité du son. Quelle est la puissance (en décibels) du son d’un concert rock d’une intensité de 2, 0 W/m 2 à 1, 0 m si on se trouve à 100 m de la source?

À ton tour! p. 458 #1 -2 -3 -4

13. 5: L’effet Doppler

Simulation • https: //www. edumedia-sciences. com/fr/media/183 -effet-doppler • Que remarques-tu?

L’effet Doppler * Déf. : Décalage de fréquence d’une onde lorsque sa source se déplace. + grave derrière + aigu devant

À ton tour! Explique pourquoi l’effet Doppler se produit seulement si la source du son se déplace par rapport à l’auditeur.

Chapitre 14: La face cachée du son

14. 2: Le principe de superposition

Qu’est-ce qui arrive lorsque 2 ondes se rencontrent?

Elles s’additionnent! A B

Elles s’additionnent! Interférence constructive Interférence destructive

Interférence en 3 D * • https: //www. edumedia-sciences. com/fr/media/749 -interferences-ala-surface-de-leau • Interférence constructive: lorsque 2 ondes s’unissent pour former une onde d’une plus grande amplitude. • Interférence destructive: lorsque 2 ondes se réduisent mutuellement pour former une onde plus petite. • Utilité: écouteurs anti-bruit https: //www. youtube. com/watch? v=HOd. Evh. Ej. O 2 I&t=3 s

À ton tour! p. 511 #10

14. 3: Les ondes sonores et la matière

Comme tous les autres types d’ondes, les ondes sonores peuvent être: * • Absorbées • Transmises • Réfléchies

Absorption du son * • Déf. : Transformation de l’énergie sonore en une autre forme d’énergie. • Ex. : Dans une salle anéchoïque.

Transmission du son * •

Réflexion du son * Déf: L’énergie revient sur elle-même. • Si extrémité libre: amplitude du même côté. • Si extrémité fixe: amplitude inversée.

À ton tour! p. 487 #1

14. 4: Les ondes stationnaires

Ondes stationnaires * Lorsque l’onde et l’onde réfléchie ont la même vitesse, fréquence et longueur, elles forment une onde stationnaire. Nœuds (nodes) ← 1λ → ← 0, 5λ → Distance internodale = dn = 0, 5λ

Ondes stationnaires * Lorsque les sommets deux ondes sont au même endroit: en phase (interférence constructive). Lorsqu’un sommet d’une onde est au même endroit que le creux d’une autre: déphasées (interférence destructive)

• Voir figure 14. 13 p. 488

Exemple #4 (p. 489) Une onde stationnaire se forme dans un étang quand un canard essaie à plusieurs reprises de « sauter » pour attraper de la nourriture, comme à la figure 14. a) Il y a un nœud tous les 38 cm. De quelle longueur d’onde est l’onde produite par ce canard affamé? b) Si la vitesse de l‘onde dans l’étang est de 0, 95 m/s, à quelle fréquence le canard saute-t-il?

Exemple #5 (p. 489) Dans une onde stationnaire, il y a 45 cm entre quatre nœuds consécutifs. Quelle est la longueur d’onde? Quelle est la vitesse de l’onde dans le milieu si la fréquence de la source est de 30 Hz?

À ton tour! p. 490 #1 -2

14. 5: La résonance

Harmoniques * Nom Fréquence fondamentale Première harmonique Deuxième harmonique Troisième harmonique … Ne harmonique Symbole Exemple 220 Hz 440 Hz … 660 Hz …

Quelles sont les fréquences des harmoniques suivantes? • Troisième harmonique si la fréquence fondamentale est 310 Hz? • Fréquence fondamentale si la deuxième harmonique est 240 Hz? • Cinquième harmonique si la troisième harmonique est 600 Hz? • Pour entendre des harmoniques: https: //musiclab. chromeexperiments. com/Experiments

La résonance des objets * • Chaque objet a une fréquence de résonance qui lui est propre. • Trouve la fréquence de résonance de: • Les clés de Mme Boucher. • Une bouteille d’eau vide. • Un autre objet. • Résonance mécanique = la réponse vibrante d’un objet à une force périodique provenant d’une source dont la fréquence est la même que sa fréquence propre.

À ton tour! • Lire p. 490 -491 -492 • Répondre questions p. 492 #1 -2

14. 6: La résonance acoustique et les instruments de musique

On va parler des instruments: 1. À vent 2. À cordes

Les instruments à vent * • Instrument à vent = colonne d’air • Quand on souffle à l’intérieur, on crée une onde qui rebondit au bout. • Si on souffle avec la bonne fréquence, on crée une onde stationnaire (= note claire).

Extrémité ouverte vs fermée *

Exemple #6 (p. 496) Une colonne d’air ouverte aux deux extrémités a une longueur de 1, 50 m. On entend une fréquence spécifique résonner de la colonne. Quelle longueur d’onde maximale et sa fréquence associée peuvent produire cette résonance? La vitesse du son est de 345 m/s.

Exemple #7 (p. 497) Une colonne d’air fermée résonne à deux longueurs consécutives: 94, 0 cm et 156 cm. Si la vitesse du son est de 350 m/s, quelle est la fréquence de résonance de la colonne d’air?

Comment changer la note d’un instrument à vent? 1. Changer la longueur du tuyau a) Faire glisser le tuyau (ex. trombone) b) Boucher des trous (ex. flûte) 2. Faire vibrer la source à une autre fréquence

À ton tour! • P. 512 -513 #19 à 26

Parenthèse sur la résonance

Les instruments à cordes * • Un nœud à chaque extrémité, car les cordes sont fixes.

Variables qui influencent la fréquence d’une corde * • Observe ces différents instruments. Qu’est-ce qui influence la fréquence d’une corde?

Variables qui influencent la fréquence d’une corde * Variable Effet Longueur (L) - long = + aigu Tension (T) + tendu = + aigu Diamètre (d) - large = + aigu Masse volumique (ρ) - Masse volumique (donc + léger) = + aigu Équation

Exemple #8 (p. 499) Une corde de guitare d’une longueur de 0, 80 m a une fréquence de 375 Hz. Si on la raccourcit à 0, 60 m, quelle est sa nouvelle fréquence?

Exemple #9 (p. 500) Une corde a une tension de 150 N. Quelle nouvelle tension doit-on y appliquer pour obtenir une vibration dont la fréquence est le double de la fréquence de vibration originale?

À ton tour! p. 501 #3 p. 513 #27 à 32