L'élasticité et l'impédance acoustique d'un milieu

[maaalek]

Bonjour à tout le monde,

Y-t-il une relation entre l'élasticité et l'impédance acoustique d'un milieu? Autrement, qu'est ce qu'on peut dire sur l'élasticité si l'impédance acoustique d'un milieu évolutif augmente ou diminue?

Cordialement
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[phys4]

Bonsoir,
Si l'élasticité du milieu augmente, à densité constante, l'impédance acoustique diminue comme la vitesse du son.

[maaalek]

Merci chère phys4 pour votre réponse. Est ce qu'on peut dire que l'augmentation de l'impédance acoustique traduit la facilité progressive de transmission des ondes dans le système évolutif ? Merci encore une fois.

[phys4]

La notion de facilité progressive de transmission, n'est pas très physique.

La transmission d'un milieu à un autre est plus facile si les impédances sont proches (rapport petit) dans n'importe quel sens.

[A voir en vidéo sur Futura]

[maaalek]

D'accord. J'ai un système (la coagulation du lait) qui évolue dans le temps (il passe de l'état liquide à l'état semi-solide (gel)) et je suis l'évolution de l'impédance acoustique de ce système. Physiquement parlant, par quoi je peux intérpréter l'aumentation ou la diminution de l'impédance acoustique?

[phys4]

L'augmentation de l'impédance signifiera que le milieu devient plus rigide.

Une phase de solidification progressive avec des noyaux de condensation provoquera une mesure difficile avec absorption intense du son qui sera trop atténué.

[maaalek]

Votre remarque est très claire. Pourtant, j'ai pas compris une définition que je l'ai trouvé sur le NET "L'impédance acoustique d'un milieu pour une onde acoustique caractérise la résistance du milieu au passage de cette onde". Comment je peux intégrer cette définition dans mon cas?

[phys4]

La proposition "la résistance du milieu au passage de cette onde" n'a pas de sens physique pour moi.

Cela ressemble à de la littérature sans contenu explicatif.
L'air a une faible impédance et il faut un haut-parleur pour y transmettre de la puissance, avec un très faible rendement.
L'acier a une forte impédance et il est facile de transmettre une onde dans une barre d'acier avec un coup de marteau.

[LPFR]

Bonjour.
Je suis totalement d’accord avec Phys4 et son opinion sur la phrase "la résistance du milieu au passage de cette onde". C’est du baratin sans aucun sens scientifique.

Cette impédance n’accepte pas de définition « intuitive ». C’est une propriété du milieu, comme la vitesse des ondes ou ses coefficient élastiques.
C’est une relation entre la puissance surfacique de l’onde et la vitesse du mouvement du milieu (les particules du milieu, pas les ondes) qu’elle produit.

C’est une relation sans beaucoup (ou pas) de sens physique, mais qui est utile dans certains calculs, comme la transmission et réflexion des ondes entre deux milieux.
Au revoir.

[stefjm]

C’est une relation sans beaucoup (ou pas) de sens physique, mais qui est utile dans certains calculs, comme la transmission et réflexion des ondes entre deux milieux.

Dès l'instant que cela se mesure et caractérise le milieu, c'est physique non?
Même si c'est un nombre complexe...

[phys4]

Dès l'instant que cela se mesure et caractérise le milieu, c'est physique non?

Il est sur que l'impédance acoustique est physique, et c'est simplement le rapport pression vibratoire sur vitesse vibratoire. Donc une caractéristique de l'onde.
Ce qui est moins physique c'est de lui associer une proposition purement littéraire.

[stefjm]

Une expression en fonction d'autres données physiquement mesurées par d'autres moyens?
C'est, me semble-t-il, le rôle de la physique que de mettre en relation des mesures.

[Nicophil]

Bonjour,

C’est une relation entre la puissance surfacique de l’onde et la vitesse du mouvement du milieu (les particules du milieu, pas les ondes) qu’elle produit.

Moui ...enfin le p de p = Z.v est pour le delta de pression ; pour la puissance : P = Z.v² .
De même que U = R.I et P = R.I² .

Cette impédance n’accepte pas de définition « intuitive ». C’est une propriété du milieu, comme la vitesse des ondes ou ses coefficient élastiques.

C’est une relation sans beaucoup (ou pas) de sens physique,

Dès l'instant que cela se mesure et caractérise le milieu, c'est physique non ?
Même si c'est un nombre complexe...

Pour une fois je suis d'accord avec StefJM...
En tout cas pour le concept de résistance acoustique (l'impédance est un complexe qui se décompose en résistance et réactance).

[LPFR]

Bonjour.

Moui ...enfin le p de p = Z.v est pour le delta de pression ; pour la puissance : P = Z.v² .
De même que U = R.I et P = R.I² .

La musique est la bonne mais pas les paroles. Vous trouverez l’origine de l’analogie et la raison pour laquelle on l’appelel impédace du milieu dans ce chapitre :
http://forums.futura-sciences.com/at...n-ondes6-a.pdf

Pour une fois je suis d'accord avec StefJM...
En tout cas pour le concept de résistance acoustique (l'impédance est un complexe qui se décompose en résistance et réactance).

Même si, dans le cas où il n’y a pas de pertes, cette impédance est réelle, on l’appelle impédance.

Même chose pour l’impédance du vide et électromagnétisme. Et dans le vide on est sur qu’il n’y a pas de pertes que donc l’impédance est réelle.

Je peux même ajouter que l’[url=https://fr.wikipedia.org/wiki/Imp%C3%A9dance_caract%C3%A9ris tique_du_vide}impédance du vide[/url] n’a pas plus de signification physique que celle des ondes mécaniques.
C’est une constante numérique qui apparaît dans des calculs de vraies impédances (V/I) des lignes ou des guides d’onde. Cette constante n’apparaît jamais isolée.
Mais une valeur en ohms pour le vide n’a pas de sens physique.
A+

[maaalek]

Merci à tous pour ce partage d'informations.

Je reste toujours bloqué!!!

J'ai un système (la coagulation du lait) qui évolue dans le temps (il passe de l'état liquide à l'état semi-solide (gel)) et je suis l'évolution de l'impédance acoustique de ce système. L'allure que j'ai trouvé est sous forme de deux phases : l'impédance acoustique augmente jusqu'à un maximum et après elle décroit.

Physiquement parlant, par quoi je peux intérpréter ce résultat d'impédance acoustique?

[LPFR]

Merci à tous pour ce partage d'informations.

Je reste toujours bloqué!!!

J'ai un système (la coagulation du lait) qui évolue dans le temps (il passe de l'état liquide à l'état semi-solide (gel)) et je suis l'évolution de l'impédance acoustique de ce système. L'allure que j'ai trouvé est sous forme de deux phases : l'impédance acoustique augmente jusqu'à un maximum et après elle décroit.

Physiquement parlant, par quoi je peux intérpréter ce résultat d'impédance acoustique?

Bonjour.
Vous auriez du commencer par cette question et non celle que vous avez posé au post #1. Vous auriez gagné du temps et nous aussi.

Maintenant, décrivez-nous votre dispositif. Car on dirait que vous avez un « impédancemètre acoustique » que vous donne directement les valeurs d’impédance acoustique que vous voulez interpréter.

Dans quelle échelle de temps se passe votre mesure ? Est-ce que la température est constante ?
Au revoir.

[maaalek]

Merci chère professeur LPFR pour votre patience.

Je controle le phénomène de la coagulation du lait par une technique ultrasonore. Le lait qui coagule est enfermé dans un récipient parallélépipède en Plexiglas. Je calcule l'impédance acoustique à partir du coefficient de réflexion (R=Zlait-Zpg/Zlait+Zpg). Ce dernier est le rapport de l'amplitude spectrale de l'onde réflechie et l'amplitude spectrale de l'onde incidente (R=Ar/Ai). Je garde la température constante à l'aide d'un bain marin thermostaté. La durée de l'éxpérience est 100 minutes.

Zpg est l'impédance acoustique du Plexiglas. Elle est connue.

[LPFR]

Re.
Merci pour la description. Maintenant on sait mieux de quoi on parle.
Comme je vous ai déjà dit, l’impédance acoustique du milieu est ρ.v, et v est 1/sqrt(b) où b est le module d’élasticité volumique.

Si l’impédance change un deux ρ ou v doit changer. Je ne pense pas (mais c’est du “pif”) que ce soit le module d’élasticité volumique (la compressibilité). Je pense que c’est plutôt la densité (je crois avoir vu dans des films que le caillots de lait tendent à flotter dans le petit lait).
Mais vous devez savoir mieux comment évolue la densité du lait caillé.

Si les odes étaient transversales, on pourrait penser que la gélification modifie le module de rigidité ce qui modifierait l’impédance. Mais comme les ondes transversales se propagent très mal dans les liquides il est peu probable que ce soient ces ondes que vous utilisez.
A+

[maaalek]

Merci pour votre réponse.

J'ai suivis meme l'évolution de la vitesse longitudinale et la densité pendant la coagulation du lait. J'ai trouvé que la vitesse augmente rapidement au début de la coagulation, aprés elle continue à augmenter mais d'une facon très lente. Pourtant, l'allure de la densité semble bien celle de l'impédance acoustique.

[LPFR]

Re.
Quand vous parlez « coagulation », est-ce comme celle du yaourt où le lait forme un gel, ou la précipitation des caillots comme quand on caille le lait ?

Autrement dit, est une simple gélification avec le produit homogène ou une précipitation avec des grumeaux » ?
A+

[maaalek]

Il s'agit de la coagulation par voie enzymatique (fabrication du fromage) où le lait forme du gel.

[LPFR]

Re.
Oui. Ça j’avais compris.
Mais vous ne répondez pas à la question : il y a des grumeaux de fromage en suspension dans le petit lait, ou non ?
A+

[maaalek]

Merci pour votre réponse.
Il s'agit d'une simple gélification avec le produit homogène.

[LPFR]

Bonjour.
Je dois reconnaître que mon intuition me fait défaut. Car pour que l’impédance change, il faut bien que la densité ou le module de compression change. Et suivant mon intuition (erronée, de toute évidence) la gélification ne devrait pas les changer.

Il est facile de vérifier si la densité change. Car cela fait évoluer le volume du liquide et ça se voit (si la variation est assez importante).

Pour vérifier si c’est le module d’élasticité qui change, vous pourriez faire la manip avec de l’eau avec de l’agar-agar, des alginates ou même de la gélatine alimentaire.

Cela vérifiera qu’il ne s’agit pas d’un « artifact » de la mesure.
Restera à expliquer la raison du changement (de la densité ou du module élastique).

Quelle est la variation relative d’impédance que vous mesurez ? 1% ? 10% ?
Au revoir.

[maaalek]

Bonjour cher LPFR,

Merci pour vos remarques.

J'ai déja fait la manip avec de l’eau, et j'ai remarqué que l'impédance acoustique reste presque constante.
En ce qui concerne la variation relative à l'impédance acoustique c'est presque 10%.

[LPFR]

Re.
J’imagine que la manip avec de l’eau donnait une gélification aussi “consistante” que celle que vous obtenez avec le lait et les enzymes.
Si c’est le cas, je ne peux l’expliquer. Je ne vois pas quelle modification due au passage entre liquide et gel peut modifier le coefficient élastique volumique.
Il faudrait chercher dans des travaux spécialisés.
A+

[maaalek]

Merci

Que ce qu'on peut dire alors si on suppose que la raison du changement est la densité (au premier cas) ou le module élastique (au deuxième cas) ?

[LPFR]

Re.
Je ne sais pas répondre. Je passe la main.
A+

[maaalek]

En tout cas je vous remercie pour vos remarques très utiles.

[LPFR]

Bonjour.
Je pense avoir trouvé l’explication à vos observations.
La raison réside dans les dimensions de votre cellule de mesure et la longueur d’onde des ultrasons dans el liquide : votre cellule de dimensions comparables à la longueur d’onde.
Je ne le sais pas avec certitude cas vous n’avez pas donné ni les dimensions de la cellule ni la fréquence à laquelle vous travaillez. Mais si la fréquence est 20 kHz, la longueur d’onde se situe dans les 6 cm.

Il y a une différence entre la façon dont les ondes longitudinales se transmettent dans un milieu « infini » que dans un milieu aux dimensions latérales petites ou comparables à la longueur d’onde. Comme, par exemple, le long d’une barre métallique.
Quand vous étirez en longueur une barre en plus de diminuer de longueur elle diminue de largeur. Ce qui facilite l’élongation.
La relation entre la déformation longitudinale et la déformation latérale est le coefficient de Poisson. Pour un corps incompressible (en volume) le coefficient de Poisson serait exactement 0,5. Mais comme tous les corps sont compressibles, dans la réalité, le coefficient est compris entre 0 et 0,5.
Le module d’élasticité que décrit cette variation de longueur avec la variation de contrainte est le module de Young, et non le module de compressibilité en volume.

J’étais donc parti sur le son dans un volume infini, dont la vitesse (et donc l’impédance du milieu) est donné par le coefficient d’élasticité en volume, qui, dans mon intuition ne devait as être affecté par la gélification.

Mais ici vous n’avez pas un volume infini, mais un cas intermédiaire entre un volume infini et une « barre » de lait. Car le lait peut changer de dimensions latérales (vers le haut) librement. Ce n’est pas l’impédance du milieu que vous mesurez.

Le coefficient de Poisson du lait doit changer avec la gélification. Il doit passer de zéro pour une longueur d’onde très grande devant les dimensions de la cellule à une valeur plus élevée pour une longueur d’onde très courte. Les ondes doivent se propager plus vite dans le lait gélifié.
Au revoi.