Vitesse du son
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Vitesse du son



  1. #1
    jeuxjeux

    Vitesse du son


    ------

    Bonjour à tous,

    J'aimerais si possible avoir plus de précision sur les différentes vitesses qui peuvent apparaître lors de l'étude d'un phénomène sonore. En effet, j'aimerais savoir de quoi l'on parle quand on parle de vitesse du son. En effet, plusieurs vitesses apparaîssent, la vitesse des particules dues à la température, la vitesse de groupe et la vitesse de phase lors de la propagation de l'onde, ainsi que la vitesse "particulaire" (vitesse des particules dues à la propagation d'une onde).

    Ces vitesse peuvent avoir des directions différentes, par exemple, la vitesse due à la température est totalement aléatoire, la vitesse particulaire dans un onde de cisaillement est perpendiculaire à la propagation de l'onde mais est parallèle dans le cas d'une onde de compression.

    Les différentes vitesses qui peuvent être rencontrées sont :
    - vitesse de phase : lambda*f
    - vitesse trouvée par l'équation d'onde (c'est quelle vitesse?) : L*sqrt(k/m) (modélisation du milieu comme un ensemble de masse relié par des ressort, en 1D) où L est la distance entre les masses, k, la constante de rappel du ressort, m, la masse des masses
    - vitesse particulaire ? (dépend de l'intensité de l'onde et du milieu?)
    - vitesse due à la température : plusieurs centaine de m par seconde (et beaucoup de collisions)

    Principalement, j'aimerais savoir comment ces différentes vitesses sont reliées entre elles, et la vitesse à laquelle l'énergie est transmise dans une onde (c'est la vitesse de phase, de groupe ou encore une autre?).

    Merci d'avance pour vos réponses.

    -----
    Dernière modification par jeuxjeux ; 04/01/2013 à 12h12.
    De la discussion naît la raison, surtout si on s'écoute !

  2. #2
    LPFR

    Re : Vitesse du son

    Bonjour.
    Il y en a moins de vitesses que cela.
    - vitesse thermique des molécules du milieu. Elle n'a rien à voir directement avec les ondes.
    - vitesse de propagation de l'onde. Que je sache on n'a pas beaucoup de milieux dispersifs, alors les vitesses de phase et de groupe sont les mêmes.
    - vitesse de déplacement du milieu due à l'onde. Ce déplacement est longitudinal dans les gaz, mais peut aussi être transversal dans les solides et un tout petit peu dans les liquides visqueux.
    Au revoir.

  3. #3
    LPFR

    Re : Vitesse du son

    Re.
    Vous pouvez trouver des explications et des calculs dans ces deux chapitres:
    Ondes transversales:
    http://forums.futura-sciences.com/at...n-ondes4-a.pdf
    Ondes longitudinales:
    http://forums.futura-sciences.com/at...n-ondes5-a.pdf
    Au revoir.

  4. #4
    jeuxjeux

    Re : Vitesse du son

    Merci pour les documents,

    Néanmoins, le premier message ne répond pas vraiment à ma question (et ne fait que dire des choses que j'avais déjà lues ailleurs). Les milieux dispersifs existent, donc le principe m'intéresse, que ce soit un cas rare ou pas (et puis il suffit d'avoir une gamme de fréquence suffisamment grande pour que tout milieu devienne dispersif, non ? (sauf le vide ou la vitesse est nulle et puis c'est tout)).

    A vrai dire, c'est bien dans les milieux dispersifs que se trouve ma question, vu que si la vitesse de phase vaut la vitesse de groupe, le déplacement de l'énergie se fait aussi à cette vitesse (je suppose) et donc, ce n’est pas très intéressant. Cette énergie est stockée dans ce mouvement des particules (liée à l’intensité de l'onde, équation 4.4 et 5.9 de vos document pour les ondes transverses ou longitudinales). En soit, physiquement, c’est le déplacement d’une couche qui donne l’énergie et c’est donc la même chose pour les ondes transverses ou longitudinales.

    La vitesse de déplacement de l’énergie sera donc la vitesse à laquelle se propage la déformation. Et je suppose que c’est la vitesse de groupe, mais j’aimerais confirmation, et le moyen de connaître cette vitesse en connaissant la vitesse de phase.

    J’aimerais alors savoir si pour une onde sinusoïdale pure, la vitesse de groupe est égale à la vitesse de phase. Ce que je ne pense pas, mais qu'en est-il?

    J’aimerais aussi faire l’analogie avec la lumière où il est possible que la vitesse de phase soit plus grande que celle de la lumière, mais pourtant, l’énergie (information), ne se propage que plus lentement. Comment peut-on l’expliquer.

    Enfin, J’aimerais une explication intuitive de pourquoi une propagation ne se fait pas à la vitesse de l’interaction entre les particules qui la compose. Par exemple, dans un solide, c’est une interaction électrique qui va propager l’onde, (potentiel d’interaction entre atome due aux charges électriques principalement). Comment se fait-il alors que ce n’est pas à cette vitesse que se propage l’information. J’avais pour cela fait ce qui est fait dans l’un des deux documents, mais à la place de trois couches, j’avais trois masses reliées par un ressort de constante k plutôt que un module de rigidité G et j’arrivais donc à une vitesse de propagation sqrt(k/m) plutôt que sqrt(G/ro), ce qui est exactement la même chose. (sauf que je considérais une onde longitudinale dans les solides plutôt qu’une onde transverse). Cependant, pour les gaz, ce qui m’embête, c’est de prendre un concept macroscopique comme la pression pour calculer la vitesse, j’aimerais pouvoir le faire de manière microscopique, et puis, la « vitesse » calculée, c’est la vitesse de phase ou de groupe, ou alors les deux, vu que l’on a pas pris en compte la dispersion, mais alors, comment la modéliser dans ce contexte ?

    Donc, je reformulerais la question du premier post de cette manière : dans un milieu dispersif, à quelle vitesse se déplace l’énergie, quelle est la vitesse de phase et quelle est la vitesse de groupe. Et en soi, je n'ai pas de vision intuitive d'une situation qui a une vitesse de groupe différente de la vitesse de phase. Je n'ai pas d'image mentale, si ce n'est l'image de wiki qui se trouve en pièce jointe, source : http://fr.wikipedia.org/wiki/Vitesse_d'une_onde dont je ne comprend d'ailleurs pas comment c'est en transitoire, comment est le tout début de l'onde, car ici, on est en stationnaire (et je ne sais pas à quoi ressemble la source d'un tel type d'onde).

    Nom : Wave_group_phase.gif
Affichages : 60
Taille : 804,5 Ko

    Merci d’avance pour vos réponses (et pour ceux qui ont eu le courage de tout lire jusqu’au bout).
    Dernière modification par jeuxjeux ; 04/01/2013 à 16h04.
    De la discussion naît la raison, surtout si on s'écoute !

  5. A voir en vidéo sur Futura
  6. #5
    LPFR

    Re : Vitesse du son

    Re.
    Dans un milieu non dispersif, la vitesse de phase est égale à la vitesse de groupe.
    Dans un milieu dispersif elles ont différentes.
    Pour les ondes électromagnétiques tous les milieux (y compris l'espace intergalactique) sont dispersifs. Il n'y a que le vide parfait qui ne le soit pas.
    Pour les ondes mécaniques longitudinales ou transversales et pour le son je ne connais pas de milieu qui soit dispersif.
    L'énergie est transmisse à la vitesse de groupe (sauf pour l'absorption anomale qui est un cas très particulier mais que les gens se sentent obligés de sortir des qu'ils le peuvent).
    Dans une onde sinusoïdale pure on ne peut pas connaître la vitesse de groupe ni la vitesse à la quelle se propage l'énergie. Car rien ne change avec le temps.

    Le reste de questions est un peu trop long. Je vous suggère de lire les autres chapitres du même fascicule. Cela vous donnera au moins une basse:
    ondes1 Mouvement. Harmonique Osc. Forcées:
    http://forums.futura-sciences.com/at...n-ondes1-a.pdf
    ondes2 Ondes dans une corde:
    http://forums.futura-sciences.com/at...n-ondes2-a.pdf
    ondes3 Ligne de transmission. Électrique.
    http://forums.futura-sciences.com/at...7-propagation-
    ondes4 Ondes Transversales
    http://forums.futura-sciences.com/at...n-ondes4-a.pdf
    ondes5 Ondes longitudinales. Son.
    http://forums.futura-sciences.com/at...n-ondes5-a.pdf
    ondes6 Autres aspects des ondes: Doppler, vitesses de .phase et de groupe, Impédance.
    http://forums.futura-sciences.com/at...n-ondes6-a.pdf
    ondes7 Ondes E.M.
    http://forums.futura-sciences.com/at...n-ondes7-a.pdf
    ondes8 Vagues
    http://forums.futura-sciences.com/at...n-ondes8-a.pdf
    Au revoir.

  7. #6
    jeuxjeux

    Re : Vitesse du son

    Rebonjour,

    j'ai trouvé un cours intéressant et relié à la discussion (propagation d'une onde, vitesse de groupe et cela, à partir de la description atomique), pour le reste, ce cours est vraiment extrêmement intéressant et clair à mon avis.

    Voici le lien et le pdf en ataché s'il n'est pas trop lourd (bon apparemment, ça plante alors qu'il ne fait que 7Mo, mais bon, vous avez le lien)
    http://www.phythema.ulg.ac.be/Teachi...s-Phys_Mat.pdf


    Je pense avoir trouvé ce que je cherchais, après avoir lu ce cours je reviendrai peut-être sur la discussion,
    A bientôt,
    Dernière modification par jeuxjeux ; 12/01/2013 à 03h19.
    De la discussion naît la raison, surtout si on s'écoute !

  8. #7
    jeuxjeux

    Re : Vitesse du son

    PS : tout milieux cristallin dans lequel se propage une onde est donc dispersif (selon la source dont je viens d'envoyer le lien, il suffit pour cela de lire les 9 pages que comporte le chapitre 2, si cela vous intéresse, LPFR)
    De la discussion naît la raison, surtout si on s'écoute !

  9. #8
    jeuxjeux

    Re : Vitesse du son

    ou est-ce que je me trompe?
    De la discussion naît la raison, surtout si on s'écoute !

  10. #9
    jeuxjeux

    Re : Vitesse du son

    PPS : désolé d'intervenir encore une fois, mais je ne peux pas corriger mes anciens messages après plus de 5 minutes,...
    Deux messages auparavant, je voulais parler des 9 premières pages du chapitre 2, et non des 9 qu'il comportait (il en comporte bien plus.)
    De la discussion naît la raison, surtout si on s'écoute !

  11. #10
    LPFR

    Re : Vitesse du son

    Bonjour.
    Bonne lecture.
    Lisez le début de la page 13 et la figure 2.6.

    La dispersion commence quand la longueur d'onde devient comparable à la distance interatomique ce qui correspond à des fréquences de l'ordre de 10^12 Hz.

    Alors, non. Ça ne m'intéresse pas. Je n'appelle pas ces fréquences du son.
    Au revoir.

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