LA VITESSE DU SON DANS L AIR. — ANCIENNES EXPÉRIENCES

Le son ne se transmet pas instantanément du corps sonore à l'oreille : c'est là nn fait connu de tout le monde. Il suffit, en effet, d'une assez faible distance pour constater l'existence d'un intervalle appréciable entre l'instant où l'œil voit le mouvement qui donne naissance au son, et celui où l'oreille en perçoit la première impression.

Ainsi le son se propage successivement au travers des milieux pondérables. Quelles sont les lois de ce mouvement? Avec quelle vitesse le son se propage-t-il? Cette vitesse est-elle constante ou bien varie-t-elle avec la distance de la source? Estelle différente selon le milieu, plus petite ou plus grande dans les liquides ou les solides que dans l'air ou dans les gaz, dans des directions variées, horizontales, obliques, verticales, dans les montagnes que dans les plaines? Change-t-elle enfin si les conditions atmosphériques changent, si la température, la i)ression du baromètre, l'humidité de l'air, sa densité varient ellesmêmes? Est-elle augmentée ou diminuée par les mouvements de transport de l'air, par le vent?

On voit par là combien la question est complexe ; mais les premiers physiciens qui l'ont abordée, ne l'ont naturellement envisagée d'abord que sous son aspect le plus simple. Ils se sont bornés à mesurer grossièrement la vitesse de propagation

du son dans l'air, sans tenir compte des circonstances que nous venons de mentionner.

En général, toute mesure de la vitesse du son est basée sur la différence qui existe entre la vitesse de la lumière et celle du son lui-même; et à vrai dire, ce n'est jamais que cette différence qu'on a déterminée dans toutes les expériences antérieures à ces dernières années. Nous avons vu Sénèque constater le fait, et tout le monde aujourd'hui sait qu'on ne commet en ce cas aucune erreur appréciable en considérant la vitesse de la lumière comme infinie.

Yoici donc le procédé à suivre : On mesure avec le plus de précision possible une distance aux deux extrémités de laquelle se postent deux observateurs. L'un d'eux produit un son à l'aide d'un procédé visible au loin, tel que la détonation d'une arme à feu , dont la lumière , au moment où l'aperçoit le second observateur, donne l'instant précis où commence l'ébranlement sonore. Ce second observateur, muni d'un instrument propre à évaluer le temps, d'une montre à secondes, je suppose, note l'instant de l'apparition du signal lumineux, puis celui où son oreille perçoit la première impression du son : l'intervalle indique en secondes et fractions de seconde le temps écoulé entre ces deux phases du phénomène. Il est clair qu'en divisant la distance des stations par le nombre mesurant cet intervalle, on aura l'espace parcouru par le son en une seconde, c'est-àdire sa vitesse. Cela suppose à la vérité que la vitesse du son est constante, ce qu'on peut vérifier approximativement du reste en faisant varier la distance des stations extrêmes, ou en établissant des postes d'observation intermédiaires.

Avant de décrire les expériences récentes les plus précises, nous allons faire l'histoire sommaire des déterminations anciennes de la vitesse du son.

Ces déterminations sont loin d'être concordantes, comme on va le voir : ce qui n'a rien d'étonnant, si l'on songe au peu de précision des premiers procédés adoptés.

La plus ancienne mesure paraît être due aux académiciens

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de Florence et dater de l'année 1660. Ils trouvèrent une vitesse de 1148 pieds, c'est-à-dire de 572"", 90. Le père Mersenne avait déjà obtenu indirectement la vitesse du son, en se basant sur le phénomène de l'écho ou de la réflexion du son; le nombre auquel il était arrivé était de 972 pieds (ou 316 mètres environ) par seconde. Le premier de ces nombres était trop fort, le second trop faible. Les autres mesures s'éloignaient plus encore de la vérité'. Il faut dire que de tels résultats ne peuvent guère inspirer de confiance, et voici pourquoi.

D'abord, en général, les distances des stations extrêmes étaient imparfaitement connues. Il y a là une première cause d'erreur. Une autre, plus grave, tenait au peu de précision des mesures du temps. Ainsi le père Mersenne avait reconnu qu'en une seconde la voix pouvait prononcer sept syllabes distinctes, et qu'un écho, distant de 81 toises, les réfléchissait en totalité dans la seconde qui suivait. Chacun des sons composant les sept syllabes avait donc exactement parcouru en une seconde le double de la distance de l'écho, soit 972 pieds. C'est là une grossière approximation, non une mesure précise.

■Pour comparer les résultats obtenus, il faudrait en outre tenir compte de l'état thermométrique et hygrométrique de l'atmosphère, et aussi de la force, de la vitesse et de la direction du vent. On verra plus loin comment ces circonstances si va-

1. L'Encyclopédie donne les nombres suivants pour la vitesse du son dans l'air, obtenue par divers savants du dix-septième siècle ; plusieurs de ces nombres ne sont pas d'accord avec ceux que nous trouvons dans d'autres publications anciennes ; cette différence tientelle à ce que les expériences faites par certains observateurs furent multiples et donnèrent des résultats divergents ? c'est ce que nous ne pouvons dire. Voici le passage en question, qui d'ailleurs n'indique nullement les circonstances où ont été faites ks mesures : « La vitesse du son est différente, suivant les différents auteurs qui la déterminent. Il parcourt l'espace de 968 piés en une minute (faute d'impression : lisez une seconde) suivant M. Isaac Newton; 1300 suivant M. Robert; 1200 suivant M. Boyle; 1500 suivant le docteur Walker; 1474 suivant Mersenne; 1142 suivant M. Flamsteed et le docteur Ilalley ; 1148 suivant l'Académie de Florence, et 1172 piés suivant les anciennes expériences de l'Académie des sciences de Paris. M. Derham prétend que la cause de cette variété vient en partie de ce qu'il n'y avait pas une distance suffisante entre le corps sonore et le lieu de l'observation, et en partie de ce que l'on n'avait pas eu égard aux vents. » Nous ne citons d'ailleurs ces résultats que pour montrer quelle était encore, il y a deux siècles, l'incertitude des physiciens sur ce point de la science.

riables influent sur la vitesse de l'ébranlement sonore. Or, tlans les plus anciennes expériences, on ne se préoccupait nullement de ces influences.

§ 2. VITESSE DU SON DANS i/aIR ; EXPÉRIENCES RÉCENTES.

Les premières expériences précises remontent à l'année 1738 et sont dues à l'ancienne Académie des sciences de France. Une commission formée de trois savants français, Lacaille, Cassini de Thury et Maraldi, choisit pour stations d'observation les points suivants : à Paris, l'Observatoire et la pyramide de Montmartre ; aux environs, le moulin de Fontenay-aux-Roses, Dammartin et le château de Lay, à Montlhéry, Malheureusement, le temps ne fut encore mesuré qu'à une demi-seconde près ; la plupart des coups de canon ne furent pas réciproques, et dès lors la vitesse du vent n'était pas atténuée; enfin la température ne fut que vaguement indiquée. Voici les résultats pour les expériences du 14 et du 16 mars. Le 14, par une pluie très vive, le son parcourut la distance de 11756 toises, séparant Montlhéry de l'Observatoire, en 68 secondes, moyenne des deux intervalles d'aller et de retour. Cela fait 172', 9 par seconde. Le 16, la moyenne de deux coups réciproques entre les mêmes stations fut de 68%25 ; et par conséquent la vitesse du son de 172',25.

L'influence du vent fut alors reconnue. S'il souffle dans le même sens que le son se propage, il en augmente la vitesse; en sens contraire, il la ralentit d'autant, et c'est là ce qui explique la nécessité des coups réciproques. Nous verrons plus loin ce que dit Arago sur ce point. Enfin, si le vent souffle dans une direction oblique, la vitesse du son est augmentée ou diminuée selon l'angle que sa direction fait avec celle du vent*. Son influence n'est nulle que pour le cas où le vent souffle à angle droit entre les deux stations extrêmes.

1. De toiile la valeur de la coniposanle do, celte vitesse, ou de sa projection sur la dii'ection du niouvcment du son.