Vibrations des solides, des liquides et des gaz

Le moment est venu d'étudier le son en lui-même et de prouver par l'expérience les vérités que, dès la fin de notre chapitre Ier, nous avions déjà entrevues. Rappelons-en brièvement l'énoncé.

Le son est un mouvement vibratoire.

Les corps sonores sont des corps élastiques, dont les molécules, sous l’action de la percussion, du frottement ou des autres modes d’ébranlement, exécutent une série de mouvements de va-et-vient autour de leur position d'équilibre. Ces vibrations se communiquent de proche en proche aux milieux environnants, gazeux, liquides et solides, dans toutes les directions, et viennent atteindre l’organe de l’ouïe. Là, le mouvement vibratoire agit sur les nerfs spéciaux de cet organe et détermine dans le cerveau, si la vitesse et l'amplitude des vibrations ont des valeurs convenables, la sensation du son.

Des expériences très-simples permettent de mettre en évidence l’existence des vibrations sonores.

Elles sont d’abord fréquemment perceptibles au simple toucher. Si l’on choque les branches d’une pincette suspendue à l’aide d’un morceau de métal ou de bois, on entend un son, et en appliquant les doigts sur les branches, on sent un frémissement très-facile à distinguer du mouvement d’oscillation visible. Il en est de même, si l’on fait résonner une cloche, un timbre, un instrument de musique d’un volume suffisant, si l’on pose par exemple les doigts sur la table d'harmonie d’un piano, pendant qu’on joue de l’instrument. Un tambour, un clairon qui passe devant les fenêtres d’une maison, fait frémir les vitres des croisées et la détonation d’un coup de canon produit un effet semblable à une grande distance. Tiré de trop près, le coup briseraitles vitres, mais dans ce cas, l’effet produit par l’ébranlement sonore se complique du mouvement de transport et du vide causé dans l'air par l’explosion.

Les vibrations sonores sont visibles dans les cordes et les verges métalliques. Si l’on prend une corde de violon et qu’on la tende à ses deux extrémités au-dessus d’une surface de couleur sombre — dans les instruments à corde, cette condition se trouve réalisée; — si l’on provoque alors un son à laide d’un coup d’archet transversal ou par le pincement de la corde en son milieu, on voit cette dernière s’élargir des extrémités. au milieu, et présenter à l'œil, en ce dernier point (fig. 43), un renflement apparent, dû au mouvement rapide de va-etvient qu’elle exécute. La corde est vue à la fois, pour ainsi dire, dans ses positions extrêmes et moyennes,

grâce à la persistance des impressions lumineuses sur la rétine. "s Au lieu d’une corde, considérons une verge outige

Fig. 13. — Vibrations transversales d’une corde sonore.

métallique flexible fixée à l’un de ses bouts (fig. 14). En la dérangeant de sa position d'équilibre, on la voit exécuter une série d’oscillations dont l'amplitude va en s’affaiblissant et finit par s’annuler, Pendant

Der" ee : "subi "re ’ ;. LES VIBRATIONS SONORES 107 toute la durée des vibrations de la tige, on entend

un son qui s’affaiblit et s’éteint avec le mouvement même. Les branches d’un diapason qu’on fait ré-

Fig, 14, — Vibrations transversales d’une tige métallique.

sonner oscillent visiblement, de sorte que l'œil ne distingue pas nettement leurs contours : l'effet des vibrations est le même que dans le cas d’une corde sonore, et la vision confuse qui en résulte tient aussi à la durée de la sensation lumineuse. L’œil

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voit à la fois chaque branche dans toutes les positions que les vibrations lui font occuper de part et d'autre de leur position d'équilibre.

Une cloche de cristal, un timbre métallique, quand on en frotte le bord avec un archet, rendent

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Fig, 15, — Vibrations d'une cloche,

des sons souvent très-énergiques. Or, on constate aisément l’existence des vibrations qui leur donnent naissance. Une tige métallique dont la pointe effleure, sans le toucher, le bord de la cloche, se

met alors à choquer le cristal de coups secs et répétés, et le bruit qui en résulte se distingue aisément du son lui-même (fig. 15). La boule d’un pendule est renvoyée avec force et oscille pendant toute la durée du son. De même une bille métallique, posée à l’intérieur d’un timbre, sautille quand

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Fig. 16. — Vibrations d'un timbre sonore.

ce dernier résonne (fig. 16) et accuse ainsi l’existence des vibrations dont les molécules du corps sonore sont animées.

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Outre les vibrations dont le sens est perpendiculaire à leur longueur, et qu’on nomme pour cette

raison vibralions transversales, — ce sont celles

dont il vient d’être question, —les cordes, les verges métalliques, les tiges de bois, de verre ou d’autres substances élastiques, exécutent encore des vibrahons longitudinales, qui peuvent être rendues : sensibles par des moyens semblables à ceux qu’on vient de décrire. Prenons, par exemple, une tige de fer ou un tube de verre, dont un des bouts est fixe, et frottons-les dans le sens de la longueur à laide d'un morceau d’étoffe enduit de colophane :

un son se produit. Si une bille formant pendule est préalablement mise en contact avec le bout librede la tige ou du tube, on la verra s’élancer et osciller pendant toute la durée du son : son mouvement sera alors longitudinal, comme les vibrations qui le produisent,

Fig. 17. — Instrument de Trevelyan.

L’instrument de Trevelyan dont nous avons parlé plus haut et à l’aide duquel on obtient des sons par le contact de deux. corps solides à des températures inégales, permet aussi de rendre sensible à la vue

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l'existence des vibrations sonores (fig. 17). En plaçant en travers, sur le berceau métallique, une barre terminée par deux boules, le poids de cette barre rend les vibrations plus lentes, et on les suit des yeux dans le balancement alternatif. qu’exécutent la baguette et \es boules. Tyndall a imaginé un moyen fort ingénieux de mettre ces vibrations en évidence. Pour cela, il fixe au centre du berceau un petit disque d’argent poli, sur lequel il projette un faisceau de lumière électrique. La lumière réfléchie sur ce petit miroir va tomber sur un écran, et aussitôt que le fer chaud se trouve en contact avec la masse froide du plomb, on voit le reflet de lumière se balancer sur l'écran.

On peut prouver, en étudiant les effets de la chaleur, que la cause des oscillations du berceau, dans l’instrument de Trevelyan, est dans la dilatation alternative du plomb aux points de contact du fer chaud ; cette dilatation brusque donne lieu à la Po hetiou de bourrelets (fig. 18) qui font basculer le berceau. Il en résulte une série de petits chocs assez multipliés pour y produire, par la propagation des vibra- F8 à = ae a dés tions dans l'air, un son qui parvient ainsi Jusqu'à notre oreille.

Nous verrons plus loin d’autres preuves de l’existence de ces mouvements moléculaires, quand nous décrirons les procédés employés pour mesurer le