Mesure de la vitesse du son dans l’air
Comprendre la Mesure de la vitesse du son dans l’air
Durant un cours de physique, un groupe d’élèves décide de mesurer la vitesse du son dans l’air. Pour ce faire, ils utilisent une méthode simple mais efficace : un des élèves reste près d’un mur avec un chronomètre, tandis qu’un autre s’éloigne à une distance mesurée avec un décamètre.
L’élève éloigné frappe deux morceaux de bois l’un contre l’autre, créant un son net et fort. Le premier élève démarre le chronomètre au moment où il voit les bois se percuter et l’arrête lorsqu’il entend le son.
Données fournies :
- Distance entre les deux élèves : 170 mètres.
- Temps mesuré entre la vision de l’impact et l’audition du son : 0,5 seconde.
Questions :
1. Calcul de la vitesse du son :
Calcule la vitesse du son dans l’air en utilisant les données fournies.
2. Comparaison avec la valeur théorique :
La vitesse du son dans l’air à température ambiante (20°C) est normalement d’environ 343 m/s. Compare la valeur calculée avec cette valeur théorique et discute des possibles raisons pour toute différence observée.
3. Influence de la température :
La vitesse du son dans l’air augmente d’environ 0,6 m/s pour chaque degré Celsius d’augmentation de la température. Si l’expérience avait été réalisée par une journée où la température était de 30°C, quelle aurait été la vitesse du son ? Calcule cette nouvelle vitesse.
Correction : Mesure de la vitesse du son dans l’air
1. Calcul de la vitesse du son
Pour calculer la vitesse du son dans l’air, nous utilisons la formule de la vitesse:
\[ v = \frac{d}{t} \]
où \(d\) est la distance parcourue par le son et \(t\) est le temps écoulé.
Dans cet exercice, nous avons:
- \(d = 170\) mètres (la distance entre les deux élèves)
- \(t = 0.5\) seconde (le temps entre voir l’impact et entendre le son)
Substituons ces valeurs dans la formule:
\[ v = \frac{170 \text{ m}}{0.5 \text{ s}} \] \[ v = 340 \text{ m/s} \]
La vitesse du son mesurée est de 340 m/s.
2. Comparaison avec la valeur théorique
La vitesse du son dans l’air à 20°C est d’environ 343 m/s. La valeur mesurée est de 340 m/s, ce qui est très proche de la valeur théorique.
La petite différence peut être attribuée à plusieurs facteurs, tels que :
- Erreurs de mesure dans le temps ou la distance.
- Variations légères de la température ou d’autres conditions atmosphériques non prises en compte.
- Délai de réaction humain lors du démarrage et de l’arrêt du chronomètre.
Cette petite variance est typique dans les mesures expérimentales, surtout lorsqu’elles impliquent des réactions humaines et des instruments basiques comme un chronomètre manuel.
3. Influence de la température
La vitesse du son dans l’air augmente d’environ 0.6 m/s pour chaque degré Celsius d’augmentation de la température.
Si la température était de \(30^\circ \text{C}\) au lieu de \(20^\circ \text{C}\), la vitesse du son pourrait être recalculée comme suit:
- Augmentation de la température = \(30^\circ \text{C} – 20^\circ \text{C} = 10^\circ \text{C}\)
- Augmentation de la vitesse = \(10 \times 0.6 \text{ m/s} = 6 \text{ m/s}\)
La vitesse du son à \(30^\circ \text{C}\) serait donc:
\[ = 343 \text{ m/s} + 6 \text{ m/s} \] \[ = 349 \text{ m/s} \]
À \(30^\circ \text{C}\), la vitesse du son dans l’air serait d’environ 349 m/s.
Mesure de la vitesse du son dans l’air
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