Mesurer la vitesse du son en débouchant une bouteille de vin

Le 'pop' caractéristique d'une bouteille qu'on débouche est un exemple parfait de résonateur de Helmholtz, du nom du physicien allemand Hermann von Helmholtz (1821-1894). Ce type de résonateur est constitué d'une cavité reliée à l'extérieur par une ouverture étroite, comme le goulot d'une bouteille. Le phénomène physique se déroule ainsi: lorsque le bouchon est retiré rapidement, l'air comprimé dans la bouteille s'échappe brusquement, créant une perturbation acoustique. Cette perturbation excite la colonne d'air dans le goulot qui commence à osciller à sa fréquence naturelle de résonance. Pour un résonateur de Helmholtz, cette fréquence f est donnée par la formule: f = c/(4L+2,48D), où c est la vitesse du son, L la longueur du goulot, et D son diamètre. Le terme correctif 2,48D prend en compte l'effet de radiation acoustique à l'extrémité ouverte du tube. Typiquement, pour une bouteille de vin standard (goulot de 7-8 cm de long et 2 cm de diamètre), la fréquence du 'pop' se situe autour de 400-450 Hz. En mesurant précisément cette fréquence avec FizziQ et en connaissant les dimensions du goulot, on peut inverser la formule pour calculer la vitesse du son: c = f×(4L+2,48D). La vitesse théorique du son dans l'air à 20°C est d'environ 343 m/s, variant légèrement avec la température selon la relation c = 331,3 + 0,606×T (T en °C). Cette méthode permet généralement d'obtenir une estimation avec une précision de ±2-3%, en fonction de la netteté du son et de la précision des mesures dimensionnelles.