Quelle est la vitesse du son et comment l'ont-ils trouvée ?

Quelle est la vitesse du son et comment l'ont-ils trouvée ?

Pendant de nombreuses années, les philosophes ont demandé : « Si un arbre tombe dans la forêt et que personne n'est là pour l'entendre, est-ce qu'il fait un bruit ? Les scientifiques ont répondu à cette question et ont ensuite déterminé à quelle vitesse ce son voyageait. Le calcul de cette vitesse n'était pas aussi simple qu'il n'y paraissait. Contrairement à la vitesse de la lumière, la vitesse du son n'est pas constante et différentes variables modifient la vitesse à laquelle il se déplace. Les scientifiques ont persévéré et comprennent maintenant comment fonctionne le son, qu'il s'agisse de la voix d'une soprano ou d'un arbre qui s'écrase au sol.



Qu'est-ce que le son ?

dans le futur / Getty Images

Le son est une énergie créée par les vibrations. Lorsque les objets vibrent, ils font vibrer les particules qui les entourent, ce qui fait vibrer davantage de particules. C'est une onde sonore. Par exemple, si un arbre tombe au sol, les vibrations provoquées par son atterrissage créent une onde sonore. Les ondes sonores continuent jusqu'à ce qu'elles manquent d'énergie et s'il y a des oreilles à portée de l'onde, elle peut effectivement être entendue.

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Quelle est la vitesse du son ?

graphique

Lorsqu'on parle de vitesse du son, la plupart des gens font référence à la vitesse à laquelle les ondes sonores voyagent dans l'air. À une température de 68 degrés Fahrenheit, dans un environnement sec, la vitesse du son est d'environ 767 milles à l'heure. La vitesse change à différentes températures et varie également en fonction des gaz présents dans l'air.





La loi des cordes

Statue de Pythagore (Pythagore) à Rome, Italie

Au VIe siècle av. J.-C., le philosophe, mathématicien et joueur de lyre Pythagore a passé du temps à étudier le fonctionnement du son. La légende raconte que son travail sur le son a été inspiré en voyant comment des marteaux de différentes tailles créaient des tonalités différentes dans une forge. Il est plus probable que l'expérimentation de la longueur des cordes de sa lyre lui ait inspiré la découverte que la fréquence est inversement proportionnelle à la longueur de la corde. Elle est connue comme la première loi des cordes et fait partie des premiers travaux enregistrés sur les ondes sonores.

Monsieur Isaac Newton

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Sir Isaac Newton a été le premier à publier une vitesse du son. Debout dans une colonnade du Trinity College, Newton a tapé dans ses mains et a mesuré combien de temps il a fallu pour que le son résonne dans ses oreilles. Sans équipement de mesure moderne, il s'est appuyé sur un pendule pour mesurer le temps. Son chiffre, publié dans Principia Mathematica, était en baisse d'environ 15 %. La formule développée par Newton a été améliorée par Pierre-Simon Laplace et est connue sous le nom d'équation de Newton-Laplace.

Mesurer la vitesse du son avec des coups de feu

Panneau de signalisation de virage à gauche par balle

Au début des années 1700, le révérend William Durham a mené des expériences pour mesurer la vitesse du son. Alors qu'il se tenait dans une tour avec un télescope, des assistants ont tiré des coups de feu sur un certain nombre de points de repère locaux. Durham a observé l'éclair du coup de feu et a utilisé un pendule pour mesurer combien de temps il lui a fallu pour entendre le son. Comme il connaissait les distances impliquées, la vitesse du son pouvait être calculée et est considérée comme la première estimation raisonnablement précise.

Mesurer la vitesse du son avec le tube de Kundt

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August Kundt a inventé le tube de Kundt en 1866. L'appareil se compose d'un tube transparent qui contient une petite quantité de poudre fine. Lorsqu'un son est créé à une extrémité du tube, la poudre est déplacée par les ondes sonores. Il se dépose à intervalles réguliers dans le tube, en fonction de la longueur d'onde. La mesure de la distance entre les tas de poudre permet de calculer la vitesse du son. Le remplissage du tube de Kundt avec différents gaz permet de mesurer la vitesse du son dans différents milieux.

Mesurer la vitesse du son avec des microphones

Micros avec pied, gros plan

Le moyen le plus simple de mesurer la vitesse du son aujourd'hui est d'utiliser deux microphones. Le concept de base est le même que les fusils de chasse de Durham, mais les chronomètres et les appareils d'enregistrement rapide permettent une distance plus courte entre la source sonore et l'appareil de mesure. Le son peut également être plus doux qu'un coup de fusil de chasse.



Effets de l'altitude

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La température a le plus grand effet sur la vitesse du son. Dans un gaz idéal donné, à composition constante, la vitesse du son dépend uniquement de la température. Le son ralentit à mesure que les températures baissent, ce qui signifie que les ondes sonores se déplacent plus lentement à des altitudes plus élevées. C'est pourquoi la vitesse générale du son est mesurée au niveau de la mer et est basée sur une température spécifique.

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Le son dans différentes substances

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Parce que le son est créé par la vibration des particules, il nécessite un support pour se déplacer. Cela signifie qu'il n'y a pas de son dans le vide, mais cela signifie également que le son peut se déplacer à travers des substances autres que l'air. En fait, le son se déplace le plus lentement à travers les gaz. Il se déplace plus de quatre fois plus vite dans l'eau et 15 fois plus vite dans le fer.

Briser le mur du son

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Bien que les premiers ingénieurs aéronautiques croyaient que la vitesse du son était une barrière impossible à franchir, les objets fabriqués par l'homme l'ont d'abord brisée il y a des siècles. Le craquement entendu d'un coup de fouet est un bang sonique, et même les premières balles ont voyagé plus vite que la vitesse du son. Chuck Yaeger est devenu la première personne à voler plus vite que le son lors d'un vol en palier en 1947. En 2012, Felix Baumgartner est devenu la première personne à voyager plus vite que le son sans véhicule lorsqu'il a sauté en parachute de 120 000 pieds.