Le son et sa propagation Physique-Chimie 4e
⚡ Physique-Chimie🎒 4e (collège)✅ 12 exercices corrigés ⬇️
En bref : Un son est produit par un objet qui vibre, comme une corde, une membrane ou les cordes vocales. La vibration se transmet de proche en proche dans un milieu matériel : air, eau, métal. Dans le vide, pas de son. Dans l'air, le son se propage à environ trois cent quarante mètres par seconde, bien moins vite que la lumière : on voit l'éclair avant d'entendre le tonnerre. La fréquence fait la hauteur, l'amplitude fait le volume.
📖 La leçon
Dans l'air, le son se propage à environ 340 m/s, bien moins vite que la lumière.
Exemple : on voit l'éclair avant d'entendre le tonnerre.
Astuce : la fréquence (Hz) fait la hauteur, l'amplitude fait le volume (dB).
🖼️ Le schéma à retenir
L'essentiel à retenir
Un son naît toujours d'une vibration : la corde d'une guitare, la peau d'un tambour, la membrane d'un haut-parleur ou nos cordes vocales font vibrer l'air autour d'eux. Cette vibration se transmet de molécule en molécule, sous forme de compressions et de dilatations successives : c'est une onde sonore. Elle a besoin d'un milieu matériel (gaz, liquide ou solide) pour se propager : dans le vide de l'espace, aucun son ne peut être entendu.
La vitesse du son dépend du milieu : environ 340 m/s dans l'air à 15 °C, environ 1 500 m/s dans l'eau, et plus de 5 000 m/s dans l'acier. C'est beaucoup moins que la lumière (300 000 km/s), ce qui explique le décalage entre l'éclair et le tonnerre : chaque seconde d'écart correspond à environ 340 m, donc 3 secondes signifient que l'orage est à environ 1 km. On utilise la relation d = v × t pour calculer une distance, par exemple avec un écho ou un sonar.
Un son est caractérisé par sa fréquence, en hertz (Hz), qui est le nombre de vibrations par seconde : plus elle est élevée, plus le son est aigu. L'oreille humaine perçoit entre 20 Hz et 20 000 Hz ; en dessous, ce sont les infrasons, au-dessus les ultrasons. Le niveau sonore, en décibels (dB), traduit l'intensité : 30 dB pour un chuchotement, 85 dB pour une rue bruyante, 120 dB pour un concert près des enceintes. Au-delà de 85 dB, une exposition prolongée abîme l'oreille de façon irréversible.
Vocabulaire
- Vibration — mouvement rapide de va-et-vient à l'origine du son.
- Milieu matériel — matière (gaz, liquide, solide) nécessaire à la propagation du son.
- Fréquence (Hz) — nombre de vibrations par seconde, liée à la hauteur du son.
- Niveau sonore (dB) — mesure de l'intensité perçue.
- Ultrasons — sons de fréquence supérieure à 20 000 Hz, inaudibles.
- Écho — retour du son après réflexion sur un obstacle.
La question de devoir
« Un éclair est suivi du tonnerre 4 secondes plus tard. À quelle distance est l'orage ? Pourquoi ce décalage ? » Plan : 1) la lumière arrive quasi instantanément, le son se propage à 340 m/s ; 2) appliquer d = v × t = 340 × 4 = 1 360 m ; 3) conclure : l'orage est à environ 1,4 km.
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✏️ 12 exercices corrigés : le son et sa propagation
Touche une réponse : elle est corrigée tout de suite, avec l'explication.
1. Un son est toujours produit par …
✔ Réponse : une vibration
Corde, membrane, cordes vocales ou colonne d'air d'une flûte : c'est toujours un objet qui vibre et fait vibrer l'air autour de lui.
2. Quelle est la vitesse approximative du son dans l'air ?
✔ Réponse : 340 m/s
À 15 °C, le son parcourt environ 340 mètres chaque seconde dans l'air, soit 1 km en 3 secondes. Il va plus vite dans l'eau et les solides.
3. Le son peut-il se propager dans le vide ?
✔ Réponse : non, il faut un milieu matériel
Le son est une vibration transmise de molécule en molécule. Sans matière, rien ne vibre : dans l'espace, une explosion serait totalement silencieuse.
4. Dans quelle unité mesure-t-on la fréquence d'un son ?
✔ Réponse : le hertz
Un hertz (Hz) correspond à une vibration par seconde. Le la du diapason vibre 440 fois par seconde : sa fréquence est de 440 Hz.
5. Plus la fréquence d'un son est élevée, plus le son est …
✔ Réponse : aigu
La fréquence détermine la hauteur : un son grave vibre lentement (quelques dizaines de hertz), un son aigu vibre vite (plusieurs milliers de hertz).
6. Quelle est la gamme de fréquences audibles par l'oreille humaine ?
✔ Réponse : de 20 Hz à 20 000 Hz
En dessous de 20 Hz, ce sont des infrasons ; au-dessus de 20 000 Hz, des ultrasons, que les chiens ou les chauves-souris perçoivent mais pas nous.
7. Pourquoi voit-on l'éclair avant d'entendre le tonnerre ?
✔ Réponse : la lumière va bien plus vite que le son
La lumière parcourt 300 000 km par seconde et arrive quasi instantanément ; le son, à 340 m/s, met environ 3 secondes par kilomètre.
8. Le tonnerre arrive 6 s après l'éclair. À quelle distance est l'orage environ ?
✔ Réponse : environ 2 km
d = v × t = 340 m/s × 6 s = 2 040 m. Retiens la règle simple : trois secondes de décalage correspondent à environ un kilomètre.
9. Dans quel milieu le son se propage-t-il le plus vite ?
✔ Réponse : l'acier
Plus les molécules sont proches et liées, plus la vibration se transmet vite : environ 5 000 m/s dans l'acier contre 1 500 m/s dans l'eau et 340 m/s dans l'air.
10. À partir de quel niveau sonore une exposition prolongée abîme-t-elle l'oreille ?
✔ Réponse : environ 85 dB
Au-delà de 85 dB, les cellules ciliées de l'oreille interne se détruisent peu à peu et ne repoussent pas. D'où les bouchons d'oreilles en concert.
11. Un bateau envoie un ultrason vers le fond ; l'écho revient 2 s après. Profondeur ?
✔ Réponse : 1 500 m
Le son fait l'aller et le retour en 2 s, donc l'aller en 1 s : 1 500 m/s × 1 s = 1 500 m. C'est le principe du sonar ; ne pas oublier de diviser par deux.
12. Quelle grandeur d'une onde sonore détermine son volume (fort ou faible) ?
✔ Réponse : l'amplitude
L'amplitude est l'ampleur de la vibration : plus elle est grande, plus le son est intense et son niveau en décibels élevé. La fréquence, elle, fixe la hauteur.
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