À la Poursuite du Son : Mesurons sa Vitesse !
Le son voyage-t-il instantanément ? Pas si vite !
Tu as déjà vu un éclair et attendu quelques secondes avant d'entendre le tonnerre ? Ce décalage nous montre que le son ne se déplace pas instantanément, contrairement à la lumière qui est beaucoup plus rapide. Le son a une vitesse bien définie dans un milieu donné, comme l'air. En mesurant la distance parcourue par le son et le temps qu'il met pour la parcourir, on peut calculer sa vitesse. C'est ce que nous allons faire dans cet exercice !
Mission : Chronométrer le son
Voici les conditions de leur expérience :
La formule pour calculer la vitesse (\(v\)) est : \[v = \frac{d}{t}\]
Conversions utiles :
Schéma : Expérience de mesure de la vitesse du son
Chloé mesure le temps que met le son du claquement de mains d'Alex pour lui parvenir.
Questions à résoudre
- Pourquoi Chloé démarre-t-elle son chronomètre en voyant Alex frapper ses mains et non en entendant le son ?
- Le temps mesuré par Chloé est de \(500 \text{ ms}\). Convertis cette durée en secondes (s).
- En utilisant la distance \(d = 170 \text{ m}\) et le temps \(t\) (en secondes) que tu viens de calculer, détermine la vitesse du son (\(v\)) mesurée par Alex et Chloé. Donne ton résultat en mètres par seconde (m/s).
- La vitesse du son dans l'air à une température de \(20 \text{ °C}\) est d'environ \(343 \text{ m/s}\). Compare le résultat obtenu par Alex et Chloé à cette valeur théorique. Leur mesure est-elle proche ?
- Quels facteurs pourraient expliquer une petite différence entre la valeur mesurée et la valeur théorique de la vitesse du son ? (Pense aux conditions de l'expérience).
- Si la distance entre Alex et Chloé avait été de \(340 \text{ m}\), combien de temps Chloé aurait-elle mesuré (en secondes) pour que le son lui parvienne, en supposant que la vitesse du son est de \(340 \text{ m/s}\) ? (Utilise \(t = d/v\)).
Correction : À la Poursuite du Son
Question 1 : Démarrage du chronomètre
Réponse :
Chloé démarre son chronomètre en voyant Alex frapper ses mains car la lumière voyage beaucoup plus vite que le son. Le temps que met la lumière pour parcourir les \(170 \text{ m}\) est négligeable (extrêmement court, quasi instantané à cette échelle). Ainsi, en démarrant le chronomètre à la vue du geste, elle mesure bien le temps de propagation du son seul.
Question 2 : Conversion du temps en secondes
Réponse :
Le temps mesuré est \(t = 500 \text{ ms}\).
On sait que \(1 \text{ s} = 1000 \text{ ms}\), donc pour convertir des ms en s, on divise par 1000 :
La durée mesurée est de \(0,5 \text{ secondes}\).
Question 3 : Calcul de la vitesse du son mesurée
Réponse :
On utilise la formule \(v = \frac{d}{t}\).
Données : \(d = 170 \text{ m}\), \(t = 0,5 \text{ s}\) (calculé à la question 2).
La vitesse du son mesurée par Alex et Chloé est de \(340 \text{ mètres par seconde (m/s)}\).
Quiz Intermédiaire 1 : Si la distance était de \(170 \text{ m}\) mais que Chloé avait mesuré \(1 \text{ seconde}\), la vitesse calculée du son serait :
Question 4 : Comparaison avec la valeur théorique
Réponse :
La valeur mesurée par Alex et Chloé est de \(340 \text{ m/s}\).
La valeur théorique de la vitesse du son dans l'air à \(20 \text{ °C}\) est d'environ \(343 \text{ m/s}\).
La mesure d'Alex et Chloé (\(340 \text{ m/s}\)) est très proche de la valeur théorique (\(343 \text{ m/s}\)). La différence est de \(3 \text{ m/s}\), ce qui est faible pour une expérience simple.
Question 5 : Facteurs d'erreur potentiels
Réponse :
Plusieurs facteurs pourraient expliquer une petite différence entre la valeur mesurée et la valeur théorique :
Question 6 : Temps pour une distance de 340 m
Réponse :
On utilise la formule \(t = \frac{d}{v}\).
Données : Nouvelle distance \(d' = 340 \text{ m}\), vitesse du son \(v = 340 \text{ m/s}\).
Chloé aurait mesuré \(1 \text{ seconde}\) pour que le son lui parvienne.
Quiz Intermédiaire 2 : Le son se propage-t-il dans le vide (par exemple, dans l'espace entre les planètes) ?
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
1. La vitesse du son dans l'air est d'environ :
2. Si le son met \(2 \text{ secondes}\) pour parcourir une distance à la vitesse de \(340 \text{ m/s}\), cette distance est de :
3. Le temps de réaction d'une personne qui utilise un chronomètre peut être une source :
Glossaire
- Son
- Vibration qui se propage sous forme d'onde à travers un milieu matériel (comme l'air, l'eau, un solide).
- Vitesse du son (\(v\))
- Vitesse à laquelle les ondes sonores se déplacent dans un milieu donné. Elle dépend du milieu et de sa température.
- Propagation du son
- Déplacement du son à travers un milieu. Le son ne peut pas se propager dans le vide.
- Distance (\(d\))
- Longueur du trajet parcouru. Unité : mètre (m), kilomètre (km).
- Temps (\(t\))
- Durée d'un événement. Unité : seconde (s), milliseconde (ms), minute (min), heure (h).
- Milliseconde (ms)
- Unité de temps égale à un millième de seconde (\(1 \text{ s} = 1000 \text{ ms}\)).
- Mètre par seconde (m/s)
- Unité de mesure de la vitesse, indiquant le nombre de mètres parcourus en une seconde.
- Chronomètre
- Instrument utilisé pour mesurer avec précision des durées.
- Valeur théorique
- Valeur d'une grandeur physique attendue ou calculée à partir de modèles ou de lois établies.
- Valeur mesurée (ou expérimentale)
- Valeur d'une grandeur physique obtenue à la suite d'une expérience ou d'une mesure.
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