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Experiment with FizziQ
Une des activités les plus facile à réaliser avec un smartphone et l'une des plus populaires est la mesure de la vitesse du son. Nous avons rassemblé dans une article les différentes manières de réaliser cette mesure : les sept manières de calculer la vitesse du son avec un téléphone portable.
Les différentes activités suivantes qui ont objectif de mesurer la vitesse du son dans l'air peuvent être faites dans le cadre scolaire ou en continuité pédagogique :
Estimation de la vitesse du son par la mesure du temps de parcours : https://www.fizziq.org/team/boum
Mesure de la fréquence de résonance d'une cavité : https://www.fizziq.org/team/helmholtz
Mesure de longueur d'onde par interférence : https://www.fizziq.org/team/une-bulle-sans-bruit
Mesure de la fréquence du son émis lors de l'ouverture d'une bouteille de vin : https://www.fizziq.org/team/pop
Mesure de fréquence dominante dans un tube : https://www.fizziq.org/team/effet-tube
Vous pouvez consulter notre cette vidéo pour mesurer la vitesse du son par la méthode du temps de parcours grâce au chronomètre sonore d'un smartphone
Experiment with FizziQ
Contrairement à la vitesse de la lumière, la vitesse du son n'est pas une constante universelle, mais dépend de plusieurs facteurs, tels que la température, la pression et le milieu. Dans l'air, les ondes sonores ses déplacent plus rapidement si la température augmente. Elles se déplacent également plus rapidement dans les liquides plus denses que dans l'air ou encore dans les solides.
Dans l'air à température ambiante, la vitesse du son est d'environ 343 mètres par seconde à 20 degrés Celsius. Elle varie avec la température, l'altitude et les conditions atmosphériques. À mesure que l'altitude augmente, l'air devient moins dense, et la célérité du son diminue. De même, les changements de température et de pression affectent la vitesse du son.
La vitesse du son dans l'eau est 5 fois plus rapide à environ 1.480 mètres par seconde, alors que dans le béton, elle atteint la vitesse de 3.100 mètres par seconde. Les autres caractéristiques du milieu, telles que la compressibilité, peuvent également affecter la vitesse du son.
Le calcul de la vitesse du son est un domaine qui a connu un développement au fil des siècles, impliquant de nombreux scientifiques :
Galilée (1638) : Le physicien italien Galilée est souvent considéré comme l'un des premiers à avoir tenté de mesurer la vitesse du son. Il a utilisé une méthode basée sur le timing des échos en éclatant de la poudre à canon à une certaine distance et en mesurant le temps que mettaient les échos à revenir.
Marin Mersenne (1630-1640) : Le mathématicien français Marin Mersenne a effectué des expériences sur la transmission du son à travers des tuyaux et des solides. Il a également proposé des théories sur la vitesse du son en fonction de la densité et de l'élasticité du matériau.
Pierre Gassendi (1634) : Le philosophe français Pierre Gassendi a utilisé une méthode similaire à celle de Galilée en tirant un canon à une distance connue et en mesurant le temps écoulé avant d'entendre le bruit de la détonation.
Edmond Halley (1691) : L'astronome britannique Edmond Halley a mené des études sur la vitesse du son dans l'air et a fait des observations sur la détermination de sa vitesse en fonction de la température.
Daniel Bernoulli (1738) : Le mathématicien suisse Daniel Bernoulli a proposé une théorie basée sur les variations de pression pour expliquer la propagation du son, jetant les bases de la compréhension moderne de la vitesse du son.
Laplace (1816) : Pierre-Simon Laplace, mathématicien et physicien français, a développé une équation mathématique pour déterminer la vitesse du son en fonction de la température et de la densité du milieu. Cette équation est connue sous le nom d'équation de Laplace.
L'avènement de l'avion au début du 20ème siècle a permis un nouveau défi : dépasser la vitesse du son. Le passage de la vitesse du son en avion a été difficile en raison de la formation complexe d'ondes de choc, de la compression et de l'échauffement de l'air, de la résistance à l'écoulement transsonique, ainsi que des vibrations et turbulences induites. Ces phénomènes ont posé des défis majeurs en matière d'aérodynamique, de conception structurelle et de contrôle, nécessitant des avancées scientifiques et technologiques pour permettre aux avions de franchir le mur du son en toute sécurité et avec succès.
Au début du 20e siècle, de nombreux pionniers de l'aviation ont tenté de construire des avions capables de voler à des vitesses supersoniques, mais ces tentatives se sont généralement soldées par des échecs en raison de la méconnaissance des principes fondamentaux. Le 14 octobre 1947, le pilote d'essai américain Chuck Yeager est devenu le premier être humain à franchir officiellement le mur du son à bord de l'avion expérimental Bell X-1. Cette réalisation a marqué un tournant dans l'aviation. Le développement d'avions supersoniques commerciaux a abouti au Concorde, un avion de ligne supersonique franco-britannique qui a effectué son premier vol en 1969. Le Concorde a permis des vols supersoniques transatlantiques réguliers pendant plus de trois décennies.