La vitesse de propagation du son dépend de la nature du milieu dans lequel l'onde se propage mais également de la température. Vitesse de propagation d'une onde acoustique, à 20°C : dans l'air : 344 m/s, soit environ 1 240 km/h.
On va utiliser la relation mathématique d'=v×t. Dans cette relation, la vitesse est exprimée en mètres par seconde (m/s), il faut donc que la durée soit exprimée en secondes.
En mesurant, pour les 6 distances distance d, la durée Δt que met la salve d'ultrasons pour parvenir au récepteur, on pourra ensuite tracer d= f(Δt). On devrait obtenir une droite dont le coefficient directeur est la vitesse.
Mesure de la fréquence et de la longueur d'onde.
Mesure de la vitesse du vent au moyen d'un anémomètre à hélice. L'utilisation d'un anémomètre à hélice comme débitmètre et comme appareil de mesure de la vitesse de l'air est cependant également intéressante.
Lorsqu'il est dans l'air, il se déplace à une vitesse de 344 mètres par seconde (ce qui donne environ 1 kilomètre toutes les 3 secondes).
Mesure par la durée de propagation
Comme tout calcul de vitesse, l'objectif de cette méthode est de déterminer le temps que met l'onde sonore pour parcourir une certaine distance. La vitesse du son étant élevée, la mesure du temps nécessite un appareillage spécifique : le chronomètre sonore, ou chronomètre acoustique.
L'onde ultrasonore est constituée de courtes impulsions ultrasonores de fréquences comprises entre 10 kHz et 70 kHz. Ces impulsions se propagent à la vitesse du son C (344 m/s dans l'air à 20 °C), leur temps de propagation est proportionnel à la distance au produit.
Dans un milieu donné, la fréquence et la longueur d'onde sont liées par la formule : λ=c/f=c*T ou λ est la longueur d'onde en mètre (m), c la célérité de propagation de l'onde en mètre par seconde (m.s-1), f la fréquence (Hz) et T la période (s).
Elle est égale au quotient (au rapport) de la distance que le signal sonore a parcourue, par la durée qu'il a mise pour parcourir cette distance. La vitesse v de propagation d'un signal sonore se calcule donc en divisant la distance d parcourue par la durée Δt nécessaire pour parcourir cette distance.
Entre deux salves rien n'est émis. Célérité du son : dans l'air à 20 ° C : vair= 340 m⋅s -1 ; dans l'acier : vacier= 5 800 m⋅s ‑1.
En l'absence de matière, la vibration ne peut se propager de proche en proche. Le son ne peut donc pas être diffusé dans le vide (par exemple dans l'espace).
Mais cette vitesse dépend de la température : à -10 °C, le son voyage à 325 m/s, alors qu'à 30 °C, il file à 349 m/s. Et lorsque la pression atmosphérique diminue, c'est-à-dire lorsque l'air est moins dense, la vitesse du son diminue aussi.
Vitesse du son dans l'eau
La propagation du son dans l'eau est plus rapide dans l'eau que dans l'air, à environ 1482 mètres par seconde, parce que l'eau est à la fois beaucoup plus dense et beaucoup moins compressible que l'air. Tel un miroir acoustique, la surface de l'eau renvoie presque tous les sons.
v est la vitesse moyenne exprimée en m/s, d est la distance exprimée en m, parcourue pendant la durée t exprimée en s. La distance parcourue est proportionnelle à la durée de propagation, on écrit : d = v × t. v = \frac{d}{t}
Maintenant que nous avons la distance d séparant R1 et R2 ainsi que la durée Δt que met l'onde ultrasonore pour parcourir la distance qui sépare R1 et R2, nous pouvons calculer la vitesse v des ondes ultrasonores, soit la célérité de ces ondes. v= d/Δt = 0,55 /1,6*10^-3 =343,8 m/s.
En effet, la température influence la densité de l'air, ce qui vient influencer la vitesse du son. Pour l'air, qui est considéré comme un gaz parfait, plus la température est basse, plus la densité est grande et plus la vitesse diminue.
Le sonomètre est idéal pour quantifier le bruit ainsi que les nuisances sonores. Le sonomètre est composé d'un microphone, de circuits électroniques. Le principe est simple, il suffit de capter grâce au microphone la pression de l'air créée par le bruit, qui se voit ensuite transformée en signaux électriques.
Les instruments les plus courants pour mesurer le bruit sont le sonomètre, l'audiodosimètre et le sonomètre intégrateur. Il est important de comprendre le calibrage, le fonctionnement et la lecture des instruments que vous utilisez.
Si l'on souhaite obtenir le niveau sonore d'un local, on utilise un sonomètre. Le microphone capte toute l'énergie acoustique de ce bruit indépendamment des fréquences des sons qui le composent. Le résultat est donné par un seul chiffre qui représente le “niveau global” du bruit, affiché en dB.
1La mesure de la vitesse du son par l'abbé Nollet en 1738. En 1738, l'Académie française charge l'abbé Nollet de déterminer avec précision la vitesse du son.
La valeur retenue actuellement est : 299 792 458 m/s, c'est-à-dire, 299 792, 458 km/s. - la valeur qu'il nous sera plus facile de retenir. On va arrondir cette valeur. On retiendra que la vitesse de la lumière vaut 300 000 km/s, soit 300 000 000 m/s, qui peut encore s'écrire : 3 x 108 m/s .
Franchir le mur du son, un phénomène physique aéronautique
L'appareil vole au moins à 340m/s, équivalent à 1.224 km/h. On dit alors qu'il atteint Mach 1 (les Mach indiquent la vitesse d'un corps par rapport à la vitesse du son : Mach 1 = une fois cette vitesse ; Mach 2 = deux fois).