VITESSE DU SON

Dans un

Dans une

Teiiipéralure.

lilct liquide.

masse illiinitéo.

mètres

iiièlres

Eau de mer. . . .

Alcool ordinaire à

Etlier sulfurique .

Dans un môme liquide, comme dans l'air, la vitesse du son augmente avec la température.

§ 7. VITESSE DU SON DAiNS LES SOUDES.

Déjà plus grande dans les liquides que dans l'air et les autres gaz, la vitesse du son est encore plus considérable dans les milieux solides. Les premières tentatives pour déterminer cette dernière ont été faites, croyons-nous, par Hassenfratz. Voici ce ([u'en dit Haiiy dans son Traité de physique :

« Hassenfratz étant descendu dans une des carrières situées au-dessous de Paris, chargea quelqu'un de frapper avec un marteau contre une masse de pierre qui forme le mur d'une des galeries pratiquées au milieu des carrières. Pendant ce temps, il s'éloignait peu à peu du point où la percussion avait lieu, en appliquant une oreille contre la masse de pierre ; bientôt il distingua deux sons, dont l'un était transmis par la pierre, et l'autre par l'air. Le premier arrivait à l'oreille beaucoup plus tôt que l'autre ; mais il s'affaiblissait aussi beaucoup plus rapidement, à mesure que l'observateur s'éloignait, en sorte qu'il cessa d'être entendu à la distance de cent trente-quatre pas, tandis que celui auquel l'air servait de véhicule ne s'éteignit qu'à la distance de quatre cents pas.

« Des corps de diverses natures, tels que des barrières de bois et des suites de barres de fer disposées sur une longueur plus ou moins considérable, ont donné des résultats analogues, avec

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cette différence, que le son propagé }iar le bois parcourait un beaucoup plus grand intervalle que le son transmis par l'air, avant d'arriver au terme où il devenait nul pour l'oreille, ce qui était l'effet inverse de celui qu'avait offert la comparaison de l'air avec la pierre. Le même physicien a remarqué de plus que non seulement la transmission du son à travers les corps solides est en général plus rapide que celle qui a lieu par l'intermède de l'air, mais qu'elle se fait dans un temps inappréciable, du moins relativement aux distances auxquelles ses expériences ont été limitées, et dont la plus grande était de deux cent dix pas. »

Biot fit des expériences analogues, mais sur une longueur plus considérable et avec des moyens plus précis. Il utilisa la longue colonne de tuyaux de fonte destinée à porter les eaux de la Seine de Marly à l'aqueduc de Luciennes. 576 tuyaux formaient ainsi une longueur totale de 951"', 2. Yoici comment ce savant a décrit lui-même son expérience : « On adaptait à l'un des orifices de ce canal un anneau de fer de même diamètre que lui, portant à son centre un timbre et un marteau que l'on pouvait laisser tomber à volonté. Le marteau, en frappant sur le timbre, frappait aussi le tuyau, avec lequel il était en communication par le contact de l'anneau de fer. Ainsi, en se plaçant à l'autre extrémité de la ligne, on devait entendre deux sons, l'un transmis par le métal du tuyau, l'autre par l'air. En effet, on les entendait fort distinctement en appliquant l'oreille contre les tuyaux et même sans l'y appliquer. Le premier son, plus rapide, était transmis par le corps des tuyaux, le second par l'air. Des coups de marteau frappés sur le dernier tuyau produisaient aussi cette double transmission. On observait soigneusement, avec des chronomètres à demi-secondes, l'intervalle de deux sons transmis. J'ai trouvé par ces expériences que le son se transmettait 10 fois 1/2 aussi vite par le métal que par l'air. » En effet, il y eut un intervalle de 2',55 entre les deux sons transmis : la vitesse du son dans l'air étant 540'", 05. Mais il faut remarquer que, la conduite étant formée de plusieurs centaines de tuyaux joints

par des rondelles de matières différentes, ce nombre ne pouvait donner exactement la vitesse du son dans la fonte.

La vitesse dn son dans les solides peut se calculer directement par des considérations théoriques comme la vitesse dans les liquides, soit en cherchant le coefficient d'élasticité du corps, soit par la méthode dite des vibrations. Par la première méthode, Laplace ' avait trouvé que la vitesse du son dans le laiton était 10 fois 1/2 la vitesse dans l'air. Par la seconde méthode, Chladni a calculé cette vitesse dans divers métaux, dans le verre et un grand nombre d'espèces de bois. Depuis, Wertheim a déterminé cette valeur dans un grand nombre de corps solides. Nous donnons plus loin un tableau de quelques-uns des résultats ainsi obtenus.

Mais quelques mesures ont été faites directement. C'est ainsi qu'en 1851 Wertheim et Bréguet ont mesuré la vitesse du son sur les fils de fer télégraphiques du chemin de fer de Versailles (ligne droite). La longueur de 4067'", 2 fut parcourue par le son en 1%2, ce qui correspond à une vitesse par seconde de 5485 mètres. Ce n'est guère plus que dix fois la vitesse du son dans l'air ; or le procédé de Chladni indiquait une vitesse plus de 16 fois aussi grande, et la méthode des vibrations eût donné 4654 mètres, c'est-à-dire 14 fois. On ignore la cause de ces anomalies.

Terminons par le tableau de quelques nombres, empruntés à Chladni et à Wertheim, donnant les vitesses du son dans un certain nombre de corps solides, celle de l'air étant prise pour unité ^ : les trois dernières colonnes donnent cette vitesse à diverses températures. La température a donc aussi une influence sur la vitesse du son dans les métaux; mais, à l'inverse de ce qui arrive pour les liquides et les gaz, l'accroissement de chaleur diminue la vitesse, sauf pour le fer entre 20° et 100°. C'est que la chaleur diminue en général l'élasticité des métaux, tandis qu'elle augmente celle des liquides et des gaz. L'exception

i. Les nombres des deux pi'oiiiières colonnes sont les vitesses exprimées en fonction de eelle du son d;ins l'iiir; les nntres coluiines donnent ces vitesses en mètres.

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du fer tient probablement à une structure moléculaire spéciale ; et ce qui paraît le prouver, c'est que les fers de diverses provenances, les fils de fer ou d'acier, l'acier fondu, ne se comportent pas de la même manière à ce point de vue.

Dans les bois, l'élasticité varie selon la direction des iihres ligneuses ou des couches : elle est beaucoup plus grande dans le sens des libres que dans le sens perpendiculaire, et dans ce dernier sens elle est plus grande dans une direction transversale aux couches que suivant les couches mêmes. Il en est de même pour la vitesse du son, ainsi que le montre notre tableau : c'est à Wertheim que sont dues les délicates expériences qui ont révélé ces faits.