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EnseignementScientifique 1ère : Le son | Picassciences ; Programme de 1ere Enseignement Scientifique. Lien avec la structure lectronique. Mati re - Chapitre 2 Connaissances et capacit s 25 septembre: Activit 1 partie B questions 1, 2 et 3 Finir l'exercice 3 24 septembre 25 septembre B- La masse volumique est-elle en accord avec le type cristallin du cuivre et le rayon des atomes 1èreEnseignement Scientifique COURS. CHAPITRE 1-3 : Une structure complexe, la cellule vivante. 1ES Activité Les échelles du vivant. 1ES Activité Frise Theorie cellulaire. 1ES Présentation Chapitre 1-3. Documentaire à voir : ARTE « Pasteur et Koch : Un duel de géants dans le monde des microbes » CLIQUEZ-ICI. 1èreG Enseignement scientifique partie Physique-Chimie; 1ère G Enseignement scientifique partie Physique-Chimie. Thème 1: Une longue histoire de la matière Chapitre 1: Les éléments chimiques. Documents de travail: Trame du cours et bilan complété des activités: Fiche de préparation au DS: Correction exercices du livre du chapitre 1: Activités du chapitre: Activité exercicescorrigés enseignement scientifique 1ere; RESOLUTION DE L’ASSEMBLEE GENERALE DE L’ASSOCIATION VAUBAN PRISE LE 9 DECEMBRE 2020 ; VOYAGE D’ÉTUDE 2021- ITALIE PIEMONT VAL D’AOSTE; LES ALPES; FRONT DE MER : MÉDITERRANÉE; Tout ce que vous avez voulu savoir sur les fortifications bastionnées. L’association. Qui sommes nous; LES 1ere(Enseignement scientifique) Term (spécialité Physique-Chimie) Divers. Liens externes; Contact; Archives; Connexion; Pour réaliser un QCM, il suffit de cliquer sur son nom. Des difficultés à choisir un QCM ? Un petit tour dans le menu 'Programmes' pourrait vous aider Enseignement scientifique 1 ere Les éléments chimiques dans l'Univers La radioactivité Les Site De Rencontre Des Hommes Veufs. Thème 1 Une longue histoire de la matière. Chapitre 1 Les éléments chimiques dans l'Univers. Cliquer sur le lien suivant pour regarder les vidéos et répondre au QCM Thème 1-Comment s'est créée la matière ?Ressources supplémentaires La naissance des éléments chimiques Extraits du documentaire "La naissance de l'Univers - Super science" France 5 2. C'est quoi la radioactivité ? 3. La datation par le Carbone 14 Vidéo récapitulative du cours LeLivreScolaire Thème 2 Le soleil, notre source d'énergie. Chapitre 2Le rayonnement solaire. Cliquer sur les liens suivants pour regarder les vidéos et répondre au QCM Vidéo 1 Quelle est la température de surface du Soleil ? Vidéo 2 Durée de vie du supplémentaires 1. La Lumière 2. Le rayonnement solaire et Loi de Wien 3. Le bilan radiatif terrestre Résumé du cours LeLivreScolaire Thème 1 Une longue histoire de la matière. Chapitre 3Des édifices ordonnés Les Cristaux. Cliquer sur le lien suivant pour regarder les vidéos et répondre au QCM Thème 1-Chapitre 2-Des édifices ordonnésStructure d'une roche Roche * Cristaux naturels pyrite - fluorine - fluorine - cristal de chlorure de sodium au microscope.* Cristaux artificiels » sulfate de cuivre - sulfate de potassium et d'aluminium - sel - ou cristal ? Carte supplémentaires1. LA Cristallographie 2. Animation De l'atome à la roche 3. Fabriquer des cristaux Résumé du cours LeLivreScolaire Thème 4 Son et musique. Chapitre 4Le son Phénomène vibratoire. Cliquer sur le lien suivant pour regarder les vidéos et répondre au QCM Thème 4 Sons et musique Chapitre 4-Le son phénomène vibratoire Le son, c'est quoi ?Vidéo détaillée sur le chapitre 4 Le son, phénomène vibratoire supplémentaires 1 Calculer de la fréquence lien. 3 Hauteur et timbre de signaux sonore lien-1 et Déterminer une période T d'un signal sonore lien. 4 [exercice] Le son - le niveau sonore lien. Résumé du cours LeLivreScolaire Partie I Cours et illustrations de cours . I Le son pur du diapason 1° Le La » donné par un diapason. Cliquer sur l’image suivante pour l’écouter . Sans bruit de fond Cliquer sur l’image suivante pour écouter un La » donné par un diapason sans bruit de fond. . 2° Acquisition On enregistre la note jouée par un diapason en U » grâce à un logiciel d’acquisition. Le micro transforme le son en un signal électrique. . On obtient le tracé suivant. Ce type de signal est dit sinusoïdal il suit la courbe mathématique de la fonction sinus. On dit qu’il est périodique car il est composé de motifs élémentaires qui se reproduisent à l’identique. . . 3° Détermination de la période On peut mesurer la période T à différents endroits sur le signal. La période est l’intervalle qui sépare 2 motifs élémentaires successifs. Ici on mesure T = 2,27 ms . 4° Calcul de la fréquence En en déduire par calcul la fréquence f en utilisant la formule de définition suivante attention la période T est en seconde Ici on obtient f = 1 / 2,27 × 10-3 soit f = 440 Hz ce qui correspond à un La » . . II Le La » joué par une flûte . 1° Le La » donné par une flute à bec Cliquer sur l’image suivante pour l’écouter . 2° Acquisition . . On obtient le signal suivant . Ce signal peut être considéré comme périodique car un motif se répète à quelques imperfections prés. . 3° Mesure de la période . On mesure une première période T1 = 2,27 ms et on remarque une 2ieme oscillation dont on ne perçoit bien que la moitié. On mesure donc la moitié de T2 T2 / 2 = 0,284 ms. On en déduit T2 = 0,568 ms. . 4° Calcul des fréquences On calcule alors les fréquences f1 et f2 correspondantes f1 = 440 Hz et f2 = 1760 Hz Une analyse visuelle plus méticuleuse du signal du La » joué à la flûte peut révéler d’autres périodes. . . III Analyse du signal pour obtenir un spectre des fréquences qui sont incluses dans le signal . 1° Qu’est-ce qu’un spectre ? Un spectre est un graphique obtenu en portant en abscisses les fréquences composantes et en ordonnées leurs amplitudes respectives. L’exemple ci-dessus est celui de l’analyse d’un son de guitare que vous pouvez retrouver en suivant le lien Analyse de Fourier » . 2° Comment obtenir un spectre ? Un spectre est obtenu grâce à un outil mathématique puissant appelé Analyse de Fourier ». C’est un calcul mathématique qui permet de faire apparaitre les fréquences qui composent le signal. Cet outil est disponible dans le logiciel LatisPro » ou dans le logiciel Audacity » . 3° L’analyse spectrale du La » du diapason . Elle ne fait apparaitre qu’1 pic de fréquence à 440 Hz. . 4° L’analyse spectrale du La » de la flûte . Elle fait apparaitre d’autres pics de fréquence en plus du pic à 440 Hz. On y retrouve la fréquence de 1760 Hz calculée précédemment mais aussi d’autres fréquences. Ces autres fréquences sont appelées les fréquence harmoniques ». . 5° Le rapport existant entre les fréquences harmoniques . On remarque que les fréquences harmoniques fn sont dans un rapport entier avec la fréquence fondamentale ffond soit 2 × f0 puis 3 × f0 etc. Les fréquence des harmoniques se calculent donc avec la formule fn = n × ffond avec n entier . . 6° Son pur, ou son composé ? . Ci-dessus, le La » du diapason ne présente qu’un seul pic =une seule fréquence. Il n’est composé que d’un signal unique sinusoïdal voir C’est un son pur. Ci-dessus, la La » de la flute présente plusieurs pics. Il résulte de la superposition de plusieurs signaux périodiques sinusoïdaux. C’est un son composé. Il n’est pas sinusoïdal voir mais il reste périodique. . Définition Un son pur n’est composé que d’un seul signal sinusoïdal. » . Remarque Réciproquement, un son, correspondant à un signal parfaitement sinusoïdal, est un son pur. . . III Le son – Comment se propage-t-il ? . 1° Observons la flamme d’une bougie devant un haut parleur . La vibration de haut-parleur provoque la vibration de la flamme de la bougie. L’air a donc permis de propager la vibration. Conclusion Le son est une vibration qui se propage dans l’air. . 2° Le son est une onde de compression longitudinale . Le déplacement du haut-parleur provoque une compression d’air qui se propage de proche en proche par choc successif des molécules d’air. . 3° La compression est une onde périodique. . On peut mesurer la périodicité dans le temps =Période T ou dans l’espace = longueur d’onde λ. . . IV L’intensité sonore vs le niveau sonore . 1° La puissance sonore émise La puissance sonore émise par le haut-parleur notée PHP se propage dans l’espace. Elle se répartit alors dans toutes les directions sur une sphère. . . 2° L’intensité sonore Elle se défini comme la puissance surfacique reçue à une distance d de la source sonore. Ce qui, en langage mathématique s’écrit On pourra remarquer que la distance d correspond au rayon de la sphère de répartition. . 3° Le niveau sonore ou niveau acoustique Il est noté L et est exprimé en décibel dB suivant une loi logarithmique* * La valeur logarithmique d’une grandeur augmente de + 1 quand la grandeur est × 10, et + 2 quand la grandeur est × 102 etc. Plus généralement + n quand la grandeur est × 10n. voir fiche maths p 258. Cette échelle a déjà été utilisée pour le spectre du La » ci-dessus. Propriété de maths log 10a = a . 4° Exemple de calcul . . 5° Niveau d’intensité sonore, législation et recommandations . . . V Le son émis par une corde vibrante . 1° Expérience en vidéo . . 2° Modes de vibrations possibles pour la corde La corde est fixe à chaque extrémité. En respectant ces conditions on peut dessiner les modes de vibrations possibles Le premier mode de vibration 1 fuseau est le mode fondamental. Le deuxième mode 2 fuseaux à une fréquence double. Le troisième une fréquence triple etc. Chaque mode de vibration correspond donc à une fréquence harmonique. . 3° Formule de la fréquence fondamentale pour une corde . . Remarque Les fréquences des harmoniques se calculent toujours avec la formule fn = n × ffond avec n entier . . VI Le son émis par les instruments à vent . 1° La colonne d’air cesse de vibrer dès qu’elle rencontre un trou ouvert . . 2° La propagation de l’onde sonore dans le tuyau . On observe des ventres et les nœuds dans la colonne d’air. Les réflexions aux extrémités sont à prendre en compte, mais c’est une autre histoire… à suivre . . VII Complément de maths L’addition géométrique de 2 courbes . 1° L’addition sonore de 2 signaux donne un autre signal. Mathématiquement, on prévoit une addition des courbes telle qu’on obtienne le résultat suivant . 2° Construction de l’addition point par point On représente les amplitudes par une flèche verte ou bleu. A chaque instant, les amplitudes s’additionnent. On construit ci-dessous l’addition pour 7 points en plus de l’origine. . 3° Conclusion On montre que l’addition permet de retrouver le signal prévu dans le 1° . . Bilan . Cliquez sur le lien suivant pour accéder à la Fiche de cours » qui sera complétée en classe. . . Exercices possibles . Indication pour tous les exercices Les valeurs numériques ainsi que les formules nécessaires vous seront fournies. Un signe indique qu’une indication ou un rectificatif est apportée ci-après. Activités à rechercher p 182 et suivantes Activité 1 – Activité 2 – Activité 3 Exercices sans rédaction détaillée d’application directe p 190 Ex n°1 à n°6. Exercices à rédiger d’approfondissement p 192 Ex n°12 à n°14. Exercices facultatifs p 193 n° 15voir corrigé dans le cours ci-dessus et n°16 pour les maths. . Corrigés des exercices et des activités . Des éléments de correction apparaitront ci-dessous lorsque le chapitre aura été complété. . En cas d’absence, ou autre nécessité, faites une demande sur la messagerie d’ECOLE DIRECTE pour obtenir le corrigé anticipé du cours. Un code d’accès vous sera fourni. Vous pourrez l’utiliser ci-dessous pour accéder au corrigé dans la partie ci-dessous, protégée par mot de passe. . . Le contenu ci-dessous est protégé par mot de passe Un code vous sera donné par votre professeur lorsque le chapitre sera terminé. . Enseignements communs Français Le programme de première poursuit les objectifs d’instruction et d’éducation de l’ensemble du cursus scolaire et notamment, la consolidation des compétences fondamentales d’expression écrite et orale et la constitution d’une culture personnelle. Histoire-géographie Le programme de première propose des thématiques plus larges et ouvertes qu’en seconde. Dans la perspective des études supérieures, ce sont les compétences d’analyse et de réflexion qui sont particulièrement travaillées. Langues vivantes Tout au long de la scolarité, l’enseignement de l’anglais vise plusieurs capacités écouter et comprendre l’anglais, s’exprimer oralement en continu dans cette langue, prendre part à une conversation en anglais, lire et comprendre l’anglais, écrire, réagir et dialoguer. Education physique et sportive L’EPS vise à développer par la pratique sportive les compétences de développement de la motricité, d’appropriation de méthodes, de règles et d’entretien de la condition physique. Enseignement moral et civique Le programme d’éducation morale et civique EMC poursuit trois finalités qui sont intimement liées entre elles respecter autrui, acquérir et partager les valeurs de la République et construire une culture civique. Enseignement scientifique En enseignement scientifique, le programme de première vise à enrichir une culture scientifique générale à tous les élèves. Il est également un point de départ pour l’approfondissement des élèves souhaitant s’orienter vers des études scientifiques. Enseignements de spécialité Mathématiques Physique-chimie Sciences de la Vie et de la Terre Sciences économiques et sociales Histoire géographie, géopolitique et sciences politiques Humanités, littérature et philosophie Langues, littératures et cultures étrangères et régionales Numérique et sciences informatiques Sciences de l’ingénieur Littérature, langues et cultures de l’Antiquité Arts Organisation Enseignements communs Durée hebdomadaire moyenne Français 4h00 Histoire – Géographie 3h00 Langues vivantes A et B 4h30 Éducation physique et sportive 2h00 Enseignement moral et civique 0h30 Enseignement scientifique 2h00 Enseignements de spécialité 3 matières 12h00 Enseignement scientifique de première – Partie 4 – Son et musique, porteurs d’information – – Le son, phénomène vibratoire Qu’est-ce qu’un son ?Les sons pursFréquences des sons purs audiblesLes sons composésFréquence fondamentaleHarmoniques d’un son composéSpectre d’un sonSon produit par un instrumentIntensité sonoreNiveau d’intensité sonoreSeuils d’audibilité, de danger et de douleurSon produit par une corde vibrante Qu’est-ce qu’un son ? Un son est une onde mécanique qui consiste en une variation périodique de pression se propageant dans un milieu matériel air, eau, verre… Les couches d’air oscillent lorsqu’elles transmettent un son elles s’écartent temporairement de leur position initiale avant d’y revenir mais globalement il n’y a pas de transport de matière. Par contre la propagation d’un son s’accompagne d’une propagation d’énergie celle de la source qui l’a produit. Nous pouvons entendre un son grâce à notre système auditif le tympan capte les sons il détecte les variations périodiques de pression et les transmet à l’oreille interne où le cellules ciliées les convertissent en signal nerveux transmis au cerveau. Pour une description plus détaillée de la nature d’un son voir cours de seconde Emission et perception d’un son » Les sons purs Définition On peut de qualifier de pur » un son caractérisé par une seule fréquence f » et une seule période T ». Si un son est pur alors son amplitude obéit à une loi sinusoïdale » L’enregistrement d’un tel son donne une courbe caractéristique exprimable à l’aide d’une fonction mathématique sinus » constituée d’une succession de vagues » positives au-dessus de l’axe horizontal du temps et de vagues négatives au-dessous de l’axe horizontal de durées toutes identiques Enregistrement sinusoïdal Une oscillation correspond à un motif élémentaire qui associe une vague » positive et une vague » négative. Motif d’une courbe sinusoïdale La durée du motif élémentaire correspond à la période T » du son pur. La période d’un son pur peut donc être déterminée à partir de l’enregistrement d’un son en déterminant la durée d’une oscillation. La fréquence f » d’un son pur correspond au nombre de vibration par seconde, on peut l’exprimer comme l’inverse de la période grâce à la formule suivante où f est la fréquence en Hertz HzT est la période en seconde s Par exemple Inversement cette relation peut être modifiée pour permettre de déterminer la valeur de la période à partir de la fréquence Fréquences des sons purs audibles Le système auditif humain a ses limites, il ne permet de percevoir que des sons dont la fréquence est comprise dans un intervalle limité. En général on peut faire l’approximation que les sons audibles ont une fréquence allant de 20 Hz à 20 000 Hz Les sons de fréquence inférieure à 20 Hz sont appelés infrasons »Les sons de fréquence supérieure à 20 000 Hz sont appelés ultrasons » Un son pur peut être par exemple produit par un diapason ou par une enceinte. Les sons composés Un son est dit composé ou complexe s’il est caractérisés par plusieurs fréquences et donc aussi plusieurs périodes de vibration. Un son composé peut être considéré comme l’addition de plusieurs sons pur. Si l’on compare le domaine du son à celui de la lumière alors le son pur est l’analogue d’une lumière monochromatique tandis qu’un son composé est l’analogue d’une lumière polychromatique. L’enregistrement d’un son composé donne une courbe toujours périodique mais qui n’est plus sinusoïdale. Exemple d’enregistrement de son composé Fréquence fondamentale Définition La fréquence fondamentale d’un son composé correspond à la plus petite fréquence de vibration qui le caractérise. On la note souvent f0. Sur le graphique d’un enregistrement sonore la fréquence fondamentale est celle associée au motif élémentaire. Harmoniques d’un son composé Définition Les harmoniques sont les fréquences caractéristiques des vibrations d’un son composés dont les valeurs sont supérieures à celle de la fréquence fondamentale. Chaque harmonique possède une valeur qui est un multiple entier de la fréquence fondamentale La première harmonique a une fréquence f1 = 2 x f0 La deuxième harmonique a une fréquence f2 = 3 x f0 La troisième harmonique a une fréquence f3 = 4 x f0 La quatrième harmonique a une fréquence f4 = 5 x f0 etc Par exemple un son composé de fréquence fondamentale f0 = 220 Hz a des harmoniques de fréquences 440 Hz, 660 Hz, 880 Hz, 1100 Hz…. Spectre d’un son Définition Le spectre d’un son est un graphique indiquant sa fréquence fondamentale ainsi celles de ses harmoniques en précisant leurs amplitudes relatives. Le spectre est donc un graphique dont l’axe abscisses indique des fréquences en Hzdont l’axe des ordonnées peut indiquer une amplitude, une intensité sonore, un niveau d’intensité, un pourcentage..comportant une barre verticale pour chaque fréquence fondamentale ou harmonique Le spectre d’un son composé aura la forme suivante spectre d’un son composé La fréquence la plus faible correspond à la fréquence fondamentale f0 Les autres fréquences sont celles des harmoniques, elles sont des multiples de la fréquence fondamentale. Le spectre d’un son pur aura toujours l’aspect suivant spectre d’un son pur Il ne comporte par définition toujours qu’une seule fréquence. Son produit par un instrument Richesse d’un son les instruments de musiques produisent tous des sons composés qui sont perçus comme d’autant plus riches » que le nombre des harmoniques est important. Le timbre chaque instrument se caractérise par son timbre qui dépend du nombre et de l’amplitude relative des harmoniques. En raison du timbre propre à chaque instrument musical la même note jouée par deux instruments différents est perçue de manière différente Les spectres de cette note sont différents, ils comportent la même fréquence fondamentale et les mêmes fréquences harmoniques mais les amplitudes relatives sont enregistrements de ces notes comportent des motifs de même période mais de formes différentes. Intensité sonore L’intensité sonore est une grandeur notée I comme Intensité qui s’exprime en watt par mètre carré Elle traduit la puissance transmise par un son plus l’intensité sonore est élevée et plus le son est fort ». L’intensité sonore est proportionnelle à la puissance de la source sonore. Une source de puissance deux fois plus élevée permet de produire un son d’intensité deux fois plus élevée, une source de puissance dix fois plus élevée permet de produire un son d’intensité dix fois plus élevée etc. C’est une grandeur additive. Si un point de l’espace reçoit un son d’intensité I1 et un son d’intensité I2 alors l’intensité sonore totale est Itot = I1 + I2 Si un point de l’espace reçoit des sons d’intensité I1, I2, I3 alors l’intensité sonore totale est Itot = I1 + I2 + I3 etc Plus la distance par rapport à la source sonore est élevée et plus l’intensité sonore est faible Si une source sonore diffuse sa puissance P dans toutes les directions de l’espace alors un point situé à une distance d » de cette source reçoit un son d’intensité I tel que D’après cette relation l’intensité sonore est inversement proportionnelle au carré de la distance à la source si la distance est multipliée par 2 » alors l’intensité est divisée par 22 = 4, si la distance est multipliée par 3 alors l’intensité et divisée par 32= 9 etc Il n’est pas possible de percevoir des sons dont l’intensité est inférieure à la valeur I0 = 10-12 La valeur I0 = 10-12 constitue le seuil d’audibilité Niveau d’intensité sonore L’intensité sonore prend des valeurs dont les ordres de grandeurs très différents de 10-12 à environ 1 c’est en partie pour éviter cet inconvénient qu’a été définie une autre grandeur le niveau d’intensité sonore. Le niveau d’intensité sonore se note L » et a pour unité le Bel » de symbole B, néanmoins il est presque systématiquement exprimé a l’aide d’une de ses unités dérivées le décibel de symbole dB. Tout comme l’intensité sonore qui sert à le définir le niveau d’intensité sonore traduit la force » avec laquelle est perçue un son. Le niveau d’intensité sonore est défini par la formule suivante où I est l’intensité sonore du son en watt par mètre carré est le seuil d’audibilité I0 = 10-12 L est niveau d’intensité sonore en décibel dB Cette formule fait intervenir la fonction mathématique logarithme décimal à ne pas confondre avec la fonction logarithme népérien, elle correspond à la fonction réciproque de la fonction puissance de 10. Voici quelques unes de ces propriétés pouvant être utiles. Log xa = a x Log x Exemples Log 26 = 6 x Log 2Log 102 = 2 x Log 10 Si Log x = a alors x = 10a Exemples si log x = 6 alors x = 106 si log x = -10 alors x = 10-10 Log a x b = Log a + Log b Exemples Log 2 x a = Log 2 + Log a Log 10 x 5 = Log10 + Log 5 Il est également possible de déterminer l’intensité sonore à partir du niveau d’intensité Seuils d’audibilité, de danger et de douleur Le seuil d’audibilité Définition Le seuil d’audibilité correspond à la plus faible intensité sonore pour laquelle un son peut être entendu. On admet comme valeur du seuil d’audibilité I0 = 10-12 Il correspond à un niveau d’intensité sonore L = 0 Le seuil de douleur Définition Le seuil de douleur correspond à la valeur d’intensité sonore à partir de laquelle le son provoque une douleur. La valeur généralement attribuée au seuil de douleur est une intensité sonore d’un watt. Seuil de douleur, intensité sonore I = 1 Elle correspond à un niveau d’intensité sonore que l’on peut déterminer grâce à la formule liant ces deux grandeurs L = 10 x 12 L = 120 dB Seuil de douleur, niveau d’intensité sonore L = 120 dB Son produit par une corde vibrante Les instruments à corde guitare, harpe, piano, violon produisent des sons grâce à la vibrations de cordes. La fréquence du son produit par une corde dépend de trois facteurs sa longueur, sa masse linéique et la tension exercée sur cette corde. La longueur de la corde Elle correspond à la distance qui sépare les deux extrémités fixes de la corde. Plus cette cette longueur élevée plus le rythme des vibrations est lent ce qui correspond à une diminution de fréquence. Pour être plus précis la fréquence de vibration est inversement proportionnelle à la longueur de la corde Si une corde est deux fois plus longue qu’une autre et que les autres caractéristiques sont identiques alors la fréquence est deux fois plus une première corde a une longueur trois fois plus élevée qu’une seconde alors la première corde à une fréquence de vibration trois fois plus faible que la seconde etc Lorsque la longueur de vibration d’une corde augment sa fréquence diminue La masse linéique La masse linéique ou masse linéaire souvent note μ lettre grecque micro correspond à la masse d’un corps linéaire par une unité de longueur. Si une corde a une masse m » et une longueur L » alors sa masse linéique est avec μ en kilogramme par mètre m en kilogramme kg et L en mètre m. Si par exemple une corde de longueur 82 cm a une masse de 56 g alors sa masse linéique a pour valeur μ = 0,056 / 0,82 μ =0,068 Plus la corde est lourde » et plus sa vibration est lente par conséquent Plus la masse linéique d’une corde est élevée et plus la fréquence de vibration est faible. Tension exercée sur la corde Elle correspond à la force exercée sur la corde pour la tendre, on la note souvent T » et elle s’exprime en Newton comme toutes les forces. Plus cette tension est important et plus la vibration de la corde est rapide, par conséquent Plus la tension exercée par sur la corde est importante et plus sa fréquence de vibration est élevée. A réviser avant d’aborder ce cours Cours de seconde Emission et perception d’un son Fiche de cours Les ondesLes ondes sonoresLes phénomènes périodiquesLa périodeLa fréquence Les autres cours d’enseignement scientifique niveau seconde Le rayonnement solaire Enseignement scientifique de première générale Chapitre 10 Le son, un phénomène vibratoire BO Un son pur est associé à un signal sinusoïdal. Un signal périodique de fréquence f se décompose en une somme de signaux sinusoïdaux de fréquences multiples de f. Une onde sonore est quantifiée par son intensité. Son niveau d’intensité sonore est exprimé en décibels selon une échelle logarithmique. Une corde tendue émet en vibrant un son composé dont la fréquence fondamentale ne dépend que de ses caractéristiques longueur, tension, masse linéique. Dans les instruments à vent, un phénomène analogue se produit par vibration de l’air dans un tuyau. I. Le son 1. Le son un phénomène vibratoire 2. Le son pur et le son composé a. le son pur Lorsque la vibration de l’objet ne varie pas au cours du temps, que le signal obtenu par le récepteur est sinusoïdal, on dit que le son est pur. Le récepteur oreille ou micro qui perçoit ce son donne un graphe avec une fonction sinusoïdale en fonction du temps en un point donné ici au point A. b. Exercice Donner la période et la fréquence du signal ci-dessus Graphiquement la période est T= 4ms. On en déduit la fréquence de f=1/T=1/0,004=250Hz c. Représentation du spectre d’un son L’analyse spectrale de ce son est un graphe avec la fréquence du son en abscisse et l’ intensité en ordonné, on obtient alors d. Exercice Placer sur le graphe suivant un son de période de 2ms et d’amplitude de 0,5V Pour T=0,002s f=500Hz e. Les sons composés Une corde peut vibrer sur plusieurs fréquences simultanément ainsi le son qu’elle émet est une composition de toutes ces vibrations. f. L’analyse spectral du son émis par la corde ci dessus g. Exercice Donner l’amplitude et la fréquence du fondamental et des 4 harmoniques Pour le fondamental On a f=2,2/5.1000=440Hz et u=4/5.5=4V Pour l’harmonique 1 On a f=4,4/5.1000=880Hz et u=2/5.5=2V Pour le fondamental 2 On a f=6,6/5.1000=1320Hz et u=1/5.5=1V Pour le fondamental 3 On a f=8,8/5.1000=1760Hz et u=0,5/5.5=0,5V Pour le fondamental 4 On a f=11/5.1000=2200Hz et u=0,25/5.5=0,25V Un diapason donne le La à 440Hz à quoi correspond cette fréquence ? La fréquence de 440Hz correspond au fondamental du spectre ci dessus II. Le niveau d’intensité sonore 2. L’intensité sonore a. Définition Un son d’une puissance PW part dans toutes les directions et se répartie sur une surface Sm² qui croit avec la propagation, l’intensité du son sera donc de plus en plus faible. On définit L’intensité sonore I W/m² de ce son comme le rapport de la puissance de l’émetteur PW sur la surface Sm² de propagation à laquelle se trouve le récepteur I=P/S b. Application Si la source sonore émet un son de puissance P=1256W. Au point A l’intensité sonore reçue sera de I=P/S1=1256/ =100W/m² Au point B elle sera de I=P/S2=1256/4. L’intensité sonore est inversement proportionnelle au carré de la distance qui sépare l’émetteur du récepteur. c. Exercice Quelle sera l’intensité sonore de ce son à une distance de 10 mètres ? A 10 mètres l’intensité sonore sera 100 fois plus faible qu’à 1 mètre soit I=1w/m² 2. Le niveau d’intensité sonore a. Définition Le seuil de perception pour une oreille humaine est de I0=10-12W/m2 Si on double l’intensité sonore l’oreille a une réponse particulière qui n’est pas proportionnelle à l’intensité sonore, on parle alors de niveau d’intensité sonore que l’on note L en décibel dB. Son expression est L= b. Application Si un son a une intensité sonore 2 fois supérieur à I0 le niveau d’intensité sonore sera de L= S’il est 10 fois supérieur à I0 le niveau d’intensité sonore sera de L= S’il est 100 fois supérieur à I0 , le niveau d’intensité sonore sera de L= c. Conclusion Si l’intensité sonore est multipliée par deux le niveau d’intensité sonore augmente de 3dB. Si l’intensité sonore est multipliée par 10 le niveau d’intensité sonore augmente de 10B. Si l’intensité sonore est multipliée par 100 le niveau d’intensité sonore augmente de20dB. d. Exercice Le niveau d’intensité sonore d’une vingtaine d’élèves dans une salle de classe est de 40 dB, Quel sera le niveau d’intensité sonore d’une classe de 40 élèves ? Si l’intensité sonore est doublée le niveau d’intensité sonore augmente de 3 décibels soit L=43dB III. La production d’un son en musique 1. La hauteur et le timbre La même note jouée selon plusieurs instruments de musique n’aura pas le même spectre. Un son musical est donc caractérisé par sa hauteur soit la fréquence de son fondamental et par son timbre soit son spectre. On peut ainsi distinguer la signature de plusieurs instruments de musique par leur spectre. IV. Les fréquences émises par une corde vibrante a. Principe La fréquence de vibration d’une corde fHz dépend de plusieurs paramètres Sa longueur Lm Sa masse linéique µ kg/m La tension qu’elle subit TN Il est donc possible avec une même corde d’une certaine longueur d’obtenir plusieurs fréquences de vibration selon la tension qu’elle subit. La formule est b. Exercice Déterminer la fréquence d’une corde tendue sous une force de 1000N qui a une longueur de 50cm et une masse linéique de 5,165g/m longueur de 50cm et une masse linéique de 5,165g/m On applique la relation et on trouve Comment évoluera cette fréquence si on tend la corde avec une tension T 4 fois plus grande ? La fréquence sera multiplié par deux car elle est proportionnelle à la racine carrée de la tension T soit f=880Hz 2. Instrument à vent Dans un instrument à vent les ondes acoustiques s’amplifient et forment, comme les oncdes provenant des cordes vibrantes une combinaison de sons entre le fondamental et les harmoniques Exercice 1 à11 page 180 à 182 Chapitre n°11 Le son un Chapitre n°11 Le son un

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