Pas de panique, on part de zéro ! Je vais te montrer les bases indispensables pour comprendre le son. On y va ensemble.
Prérequis : vibration et milieu
Un son, c'est une vibration qui se transmet. Une vibration est un mouvement de va-et-vient rapide. La source sonore (exemple : corde de guitare, cordes vocales) vibre et fait vibrer les molécules autour d'elle.
Le son a besoin d'un milieu matériel pour se propager. Les trois états de la matière sont solide, liquide et gaz. Le son se propage dans ces trois milieux, mais pas dans le vide car il n'y a pas de molécules.
L'essentiel : vite, ce qu'il faut retenir
- Production : un objet vibre → source sonore.
- Propagation : de proche en proche par les molécules du milieu.
- Pas de propagation dans le vide (exemple : l'espace).
- Vitesse dans l'air : environ 340 m/s.
À toi de jouer
1. Complète les phrases avec les mots qui manquent.
a) Un son est produit lorsqu'un objet .
b) La vibration se transmet de en aux molécules du environnant.
c) Le son ne se propage pas dans le car il n'y a pas de .
d) Dans l'air, la vitesse du son est d'environ m/s.
Corrigé
a) vibre
b) proche, proche, milieu
c) vide, molécules
d) 340
2. Pour chaque affirmation, écris = Vrai ou = Faux dans les cases.
a) Le son peut se propager dans le vide.
b) Le son se propage plus vite dans l'eau que dans l'air.
c) Une guitare produit un son parce que ses cordes vibrent.
d) Le son voyage à la même vitesse quel que soit le milieu.
Corrigé
a) Faux
b) Vrai
c) Vrai
d) Faux
Tu te souviens ? On reprend les bases tranquillement, puis on ajoute la relation magique qui relie distance, vitesse et durée. Avec la méthode, tu vas voir c’est facile.
Ce qu'il faut savoir
Production : un objet vibre → source sonore (exemple : cordes d'un piano).
Propagation : nécessite un milieu matériel (solide > liquide > gaz). Pas de son dans le vide.
Vitesse du son : dépend du milieu :
- Air : $v \approx 340$ m/s
- Eau : $v \approx 1\,500$ m/s
- Acier : $v \approx 5\,000$ m/s
La relation $d = v \times t$
Elle sert à calculer :
→ la distance parcourue : $d = v \times t$
→ la vitesse : $v = \dfrac{d}{t}$
→ la durée : $t = \dfrac{d}{v}$
Unités : $d$ en mètres (m), $v$ en mètres par seconde (m/s), $t$ en secondes (s).
Méthode pas à pas
- Identifier ce que tu cherches : $d$, $v$ ou $t$.
- Choisir la bonne formule.
- Vérifier les unités, convertir si besoin (ex : millisecondes → secondes).
- Remplacer les valeurs et calculer.
- Écrire l'unité du résultat.
Exemple : Un tonnerre arrive 5 s après l'éclair. À quelle distance est l'orage ? $v = 340$ m/s. On cherche $d = v \times t = 340 \times 5 = 1\,700$ m.
À toi de jouer
1. Complète la résolution.
Un son parcourt une distance $d$ en $t = 2$ s dans l'air ($v = 340$ m/s). Calcule $d$.
a) Formule : $d = \underline{\hspace{1.1em}} \times \underline{\hspace{1.1em}}$
b) Calcul : $d = \underline{\hspace{1.1em}} \times \underline{\hspace{1.1em}} = \underline{\hspace{1.1em}}$ m.
Corrigé
a) $d = v \times t$
b) $d = 340 \times 2 = 680$ m
2. Même chose : un avion en vol émet un bruit. Il est à $d = 1020$ m de toi. Calcule la durée $t$ que met le son pour arriver jusqu'à toi ($v = 340$ m/s).
a) Formule : $t = \dfrac{\underline{\hspace{1.1em}}}{\underline{\hspace{1.1em}}}$
b) Calcul : $t = \dfrac{\underline{\hspace{1.1em}}}{\underline{\hspace{1.1em}}} = \underline{\hspace{1.1em}}$ s.
Corrigé
a) $t = \frac{d}{v}$
b) $t = \frac{1020}{340} = 3$ s
3. Un dauphin émet un son dans l'eau. Il est à 3000 m de toi. Calcule le temps de propagation dans l'eau ($v = 1500$ m/s).
a) Formule : $\underline{\hspace{1.1em}} = \dfrac{\underline{\hspace{1.1em}}}{\underline{\hspace{1.1em}}}$
b) Calcul : $t = \dfrac{\underline{\hspace{1.1em}}}{\underline{\hspace{1.1em}}} = \underline{\hspace{1.1em}}$ s.
Corrigé
a) $t = \frac{d}{v}$
b) $t = \frac{3000}{1500} = 2$ s
Maintenant, on bourre le crâne avec des petits calculs tout simples. 5 exercices quasi identiques pour que ça devienne automatique. Pas de panique, je te tiens la main !
Formules à connaître par cœur
À retenir : dans l'air, $v = 340$ m/s (sauf indication contraire).
$d = v \times t$ $t = \dfrac{d}{v}$ $v = \dfrac{d}{t}$
À toi de jouer
1. $t = 4$ s, $v = 340$ m/s. Calcule $d$.
$d = \underline{\hspace{1.1em}} \times \underline{\hspace{1.1em}} = \underline{\hspace{1.1em}}$ m
Corrigé
$d = 340 \times 4 = 1360$ m
2. $t = 0{,}2$ s, $v = 340$ m/s. Calcule $d$.
$d = \underline{\hspace{1.1em}} \times \underline{\hspace{1.1em}} = \underline{\hspace{1.1em}}$ m
Corrigé
$d = 340 \times 0{,}2 = 68$ m
3. $t = 10$ s, $v = 340$ m/s. Calcule $d$.
$d = \underline{\hspace{1.1em}} \times \underline{\hspace{1.1em}} = \underline{\hspace{1.1em}}$ m
Corrigé
$d = 340 \times 10 = 3400$ m
4. $d = 680$ m, $v = 340$ m/s. Calcule $t$.
$t = \dfrac{\underline{\hspace{1.1em}}}{\underline{\hspace{1.1em}}} = \underline{\hspace{1.1em}}$ s
Corrigé
$t = \frac{680}{340} = 2$ s
5. $d = 1700$ m, $v = 340$ m/s. Calcule $t$.
$t = \dfrac{\underline{\hspace{1.1em}}}{\underline{\hspace{1.1em}}} = \underline{\hspace{1.1em}}$ s
Corrigé
$t = \frac{1700}{340} = 5$ s
C’est l’heure du vrai test. Tu vas résoudre des problèmes comme au contrôle, sans trous. Montre ce que tu sais faire !
Rappel : aller-retour pour l'écho
Quand un son fait un aller-retour (écho, sonar), la durée mesurée correspond au trajet complet. La distance à l'obstacle est alors : $d = \dfrac{v \times t}{2}$.
À toi de jouer
1. Lors d’un concert, tu es à 170 m de la scène. Le son émis par la batterie se propage dans l’air à 340 m/s. Calcule la durée que met le son pour arriver à tes oreilles.
Corrigé
$t = \frac{d}{v} = \frac{170}{340} = 0{,}5$ s. Le son met une demi-seconde à te parvenir.
2. Un éclair frappe le sol à une certaine distance. Tu entends le tonnerre 6 secondes après avoir vu l’éclair. La vitesse du son dans l’air est de 340 m/s.
a) Pourquoi l’éclair est-il vu presque instantanément ?
b) Calcule la distance qui te sépare du point d’impact.
Corrigé
a) La lumière se déplace beaucoup plus vite que le son (environ 300 000 km/s contre 340 m/s). L'éclair est donc perçu sans délai, alors que le tonnerre met plusieurs secondes à parcourir la distance.
b) $d = v \times t = 340 \times 6 = 2\,040$ m = 2,04 km. L'orage est à environ 2 km.
3. Un navire utilise un sonar pour sonder le fond marin. Il émet une impulsion sonore vers le fond et reçoit l’écho 0,4 s plus tard. La vitesse du son dans l’eau est de 1 500 m/s.
a) Le signal sonore fait-il un aller simple ou un aller-retour ?
b) Calcule la distance totale parcourue par le signal.
c) Déduis la profondeur de l’océan à cet endroit.
Corrigé
a) Il fait un aller-retour : il va du navire au fond puis revient.
b) $d_{\text{totale}} = v \times t = 1\,500 \times 0{,}4 = 600$ m.
c) La profondeur est la moitié de cette distance : $\frac{600}{2} = 300$ m.
4. Explique pourquoi dans un film de science-fiction, on ne peut pas entendre les explosions dans l’espace. Précise à quelle condition le son se propage.
Corrigé
Le son a besoin d’un milieu matériel (solide, liquide ou gaz) pour se propager. Dans l’espace, il n’y a pas de matière (vide). Les vibrations sonores ne peuvent donc pas être transmises. On ne peut rien entendre dans le vide.
5. Un train passe. En collant ton oreille à un rail en acier, tu entends le bruit du train plus tôt que dans l’air.
a) Compare la vitesse du son dans l’acier et dans l’air.
b) Sachant que le train est à 1 000 m et que la vitesse dans l’acier est de 5 000 m/s, calcule le temps mis par le son pour parcourir cette distance via le rail.
Corrigé
a) La vitesse du son dans l'acier ($5\,000$ m/s) est beaucoup plus grande que dans l'air ($340$ m/s), environ 15 fois plus rapide.
b) $t = \frac{d}{v} = \frac{1\,000}{5\,000} = 0{,}2$ s. Le son met seulement 0,2 seconde à parcourir 1 km dans l'acier.
Envie d’aller plus loin ? Pour les curieux, voici des défis qui te préparent à la suite. On réfléchit, on imagine des expériences, on compare.
À toi de jouer
1. Tu organises une expérience pour mesurer la vitesse du son dans l’air. Tu disposes d’un chronomètre et de deux amis placés à 200 m l’un de l’autre. L’un tape sur un tambour, l’autre lève la main quand il entend le son.
a) Explique comment tu calcules la vitesse du son.
b) Le chronomètre affiche 0,59 s. Déduis la vitesse que tu obtiens.
c) Compare cette valeur à 340 m/s : ton expérience est-elle satisfaisante ? Propose une amélioration.
Corrigé
a) On mesure le temps $t$ que met le son pour aller de l'ami qui tape sur le tambour à celui qui lève la main. Puis on utilise $v = \frac{d}{t}$ avec $d = 200$ m.
b) $v = \frac{200}{0{,}59} \approx 339$ m/s.
c) C'est très proche de 340 m/s, donc l'expérience est satisfaisante. Pour l'améliorer, on pourrait augmenter la distance pour réduire l'erreur due au temps de réaction, ou répéter la mesure plusieurs fois et faire une moyenne.
2. Un son se propage dans un tuyau rempli d’eau puis dans l’air. La longueur du tuyau est de 500 m. Calcule la différence de temps entre le moment où le son sort du tuyau dans l’eau et dans l’air, si le son est émis au même instant aux deux extrémités. (On donne $v_{\text{eau}} = 1\,500$ m/s, $v_{\text{air}} = 340$ m/s.)
Corrigé
Dans l'eau : $t_{\text{eau}} = \frac{500}{1\,500} \approx 0{,}333$ s.
Dans l'air : $t_{\text{air}} = \frac{500}{340} \approx 1{,}47$ s.
Différence : $1{,}47 - 0{,}33 = 1{,}14$ s. Le son arrive environ 1,14 secondes plus tôt dans l'eau.
3. L’année prochaine, tu étudieras les fréquences. Imagine : si un son est émis toutes les 0,1 seconde par un haut-parleur, quelle est la fréquence de cette émission en hertz (Hz) ? (1 Hz = 1 battement par seconde).
Corrigé
Si un son est émis toutes les 0,1 s, alors en 1 seconde, il y a $\frac{1}{0{,}1} = 10$ émissions. La fréquence est donc de 10 Hz.