VÉHICULE DU SON
naît qiu* dans toutes ces circonstances il se produit un son aiijn'dcialde, d’où on voit que tous les gaz peuvent servir d’intermédiaires entre le corps vibrant et l’oreille; en d’autres termes, (pie tous les gaz sont propres ù la proi)agalion et à la transmission du son.
Les liquides transmettent aussi le son, c’est ce dont il est facile de s’assurer i)ar des expériences directes. Mais ces expériences sont ;'i peine nécessaires s’il ne s’agit <jue de constater
le fait, car un grand nombre d’animaux vivant Eig. 57i.
, ,, . ....... Ballon h robinet.
(Ions ieau sont pourvus d un appareil auditif
compliqué, et plusieurs ont l’ouïe très-fine.
Quant aux solides, non-seulement ils transmettent les sons, mais des faits bien connus établissent qu’ils sont des organes de transmission très-délicats. Ainsi, par exemple, que deux personnes se placent aux extrémités d’une poutre, et que l’une d’elles donne, avec une tête d’épingle, quelques petits coups secs, l’antre pei"sonne, appliquant l’oreille contre la poutre, les entendra distinctement, tandis qu’elle ne les entendrait pas directement, l’oreille restant dans l’air. On fait quebiuefois celte expérience pour s’assurer si une poutre est saine; elle ne réussit bien, en effet, que dans ce cas. Lorsque dans l’intérieur il y a une décomposition pius on moins avancée, la substance iiui en est le résultat est généralement molle et peu élastique, ce qui la rend peu propre à la transmission du son.
Le stéthoscope est fondé sur la transmission du son ù traveis les solides; c’est un cylindre de bois dont on applique l’une des extrémités lï la surface de la poitrine, tandis qu’on applique l’oreille il l’autre extrémité. On parvient ainsi à entendre dilTérenLs bruits, tels que les bruits du cœur, ceux qui résultent du mouvement de l’air dans les bronches, etc. L’auscultation simple elle-même, qui consiste ù appli(iuer directement l’oreille à la surface tlu corps, est fondée sur le même principe, puisque les bruits (ju’il s’agit de percevoir se transmettent à travers les parois de la cavité thoracique.
On sait qu’en appliquant l’oreille contre terre on entend beaucoup plus distinctement des bruits lointains. S’il fallait avoir une
l’RODUCTION ICT PUOl’AGATION DU SON.
noo
eiiliêre créanoe aux divei's récits qui ont été faits sur ce point, les sauvages parviendraient à tirer de cette sorte d'auscultation du scd les conclusions les plus précises sur la iiiarclie d’un corps ennenii, le noinlire des lioniines qui le composent, la distance i\ laquelle il se trouve, etc. On peut donc, en résumé, tirer de tout ce qui précède la délinition suivante du son :
l.c son csl uni impression produite par les vibrations d’un corps, transmises jusqu'à l'organe de l'ouïe à l’aide d'un milieu pondérable cl élastique quelconque.
632. 'Vitesse du son dans l’air. — Cette pro|iagation du sou dans un milieu se fait par un mécanisme particulier que nous e.\aminei'ons plus loin-, elle demande naturellement un certain temps, et sa vitesse n’est même pas très-considérable. Ainsi, lorsqu’on voit à une certaine distance un chasseur tirant un coup de fusil, ce n’est que quelques instants après l’apparition de la lumière qu’on entend le bruit de l’explosion. I.’intervalle qui sépare ces deu.x phénomènes mesure le temps que le son a mis à parcourir la distance des deux points, car on peut considérer comme absolument nul le temps ([ue la lumière met à franchir la même distance.
C’est en réalité par des expériences analogues que l'on a mesuré la vitesse du son dans l’air. Les premières mesures exactes ont été eiïectuées en 1738, [lar une commission de l’Académie des sciences, dans lafpielle se trouvaient Lncaille et Cassini de Thury. Des pièces de canon avaient été installées à .Montlbéry et, à .Montmartre, et on était convenu (pi’i’i partir d’une certaine heure, des coups .seraient tirés à des intervalles de temps égaux; les observateurs de cha(|ue station mesuraient le temps écoulé entre l’appai ition do la lumière et l’arrivée du bruit. Cetle durée fut trouvée eu moveniie de 1 minute secondes imur une distance de 29,000 mètres environ, ce qui donne une vitesse d'a peu près 337 mètres par seconde. Il est important dans ces expéiiences de croiser les feux alin d’éliminer rinnueiice du vent qui augmente ou diminue la vitesse de propagation, suivant qu’il souffle dans le même sens ou en sens contraire. D’autres oliservateurs , placés à Fontenay-aux- Ituses et à L Ilay, mesuraient aussi le teiups que 'le son employait pour leur [larvenir; ce tenijis est précisément proportionnel aux
VITKSSIi DU SON DANS I/AÏU.
)iOI
(lislaiices rfs(H'c( ives des slalions, ce qui prouve que le sou se propage d’un iiiouvemeiit uniforme.
Ces expériences furent répétées eu 1822 par le Bureau des lonRiDides; les observateur-s étaient Ai-ago, Gay-Lussac, de llumboldt, de Pi'ony, Bouvai-d et Mathieu. On choisit pour statioirs .Montihéry et Villejuif, dislaiils de 18,613 mètres, et on trouva, cV la lempéi-ature de 1.5", pour la vitesse de Iransmi.ssiou , 340 mètres par .seconde.
l it grand nombre d'expériences du même genre ont été exécutées dans difîérents pays. Tout nicemment M. Hegnault s’est occupé du même sujet en utilisant toutes les i-e.ssources de la physique moderne et particulièrement les signaux lélégi-aphiques pour rcuregisiremeut de l'instant du coup de feu et de l'ai-rivéc du son. Il [laraît rivsulter de rensemble de ces expériences <|ue dans l’air sec, tranquille et à la tempru-ature de zé>ro, la vitesse du son est de 331 mètres par seconde. La tempruature a une inlluencc trè.smar([U(‘e sur cette vitesse; ainsi ii T" en général, la vitesse est sensiblement égale à 331 ^1 + a T, * étant le coefllcieut de dilatation de. l’ail'. Pour des parcours peu étendus, la vitesse croît aussi sensiblemeiit avec l’intensité de rébraiilemenl. On a remarqué encore que quand le parcours devient très-long, il y a une légèie diminution de vitesse moyenne, mais la dilférence est de peu d'importance.
633. Formule théorique. — Kn aiqiliquanl les lois théoriiiues de la lu'opagation du mouveineiil \ibraloire dans un milieu gazeux, on a trouvé pour la vite.sse lhéorii|iie de la propagation du son dans l’air à la température de zéro ;
mh
<7 est raccélératioii de la pesanteur, h la bailleur du baromètre, wi le poids de l’unité de volume du mercure à zéro, d le poids de runilé
de volume de l’air à zéro et sous la pression h-, y est le rapport du calorique spéciliqiie à pression conslaule au calorique spécifi(|iie à xoliime constant (347). Bien (|ue cette formule soit établie en se
rllYS. IIK.SC.IIANKI.. ’il
l’BOÜlCTION ET PHOI’AGATION DU SON.
fondant, au sujet de la conslitiition des gaz, sur des hypothèses qui ne sont jamais qu’imparfaitcinenl réalisées, on peut reconnaitre qu’elle donne des résullals sensiblement d’accord avec l’e.vpérience.
634. Vitesse du son dans les liquides. — La vitesse du sou dans l’eau a été mesurée par Colladon et Sturm, en 1826, sur le lac de Cenève. Deux barques étaient amarrées 0 une distance de 13,500 mètres. L’une d’elles portail une cloche du poids de 65 kilogrammes qui plongeait dans l’eau. Lu battant était mis en mouvement par un levier extérieur disposé de manière à enflammer un petit amas de poudre au moment même où le choc avait lieu. Sur l'autre bateau l’observateur écoutait le son produit en appliquant l'oreille ù l’extrémité d’un tube en forme de cône évasé (fig. 572) dont l’orifice, fermé par une membrane, ('dait dirigé du côté d’où venait le son. En notant exactement le moment de l'apparition de la lumière, on pouvait mesurer le temps employé par le sou à se transmettre d’un bateau <t l’autre. Colladon et Sturm trouvèrent ainsi, pour la vitesse de propagation à la température de 8", 1,435 mètres par seconde,
La vitesse du son dans un li<iuidc est donnée par une formule analogue à celle qui se rapporte aux gaz :
Fig. 57-2.
Les lettres g et ni ont la même signification que dans la formule du paragraphe (633), i représente la compression du liquide pour une pression égaleà IL En sesenant des valcjii-s trouvées par M. Hegnault pour la compressibilité de l’eau, la formule donne pour la vitesse du son dans ce liquide 1,485 mètres. La difTérence notable qui existe entre ce nombre et le nombre trouvé par Colladon et Sturm s’explique par rincertilude des méthodes qui senent à mesurer la compressibilité des liquides.
M. Werlheim a mesuré la vitesse du son dans quelques liquides par une méthode indirecte, dont le principe .sera exposé plus loin:
VITIÎSSK DU SON DANS LUS SOLIDKS, «01
il a trouvé 1,160 mètres lintis l’éther et l'alcool, 1,000 mètres dans une dissolution de chlorure île calcium.
635. Vitesse du son dans les solides. — La vitesse du son dans la fonte a été déterminée par Biot et .Martin en se servant d’un tuyau de conduite d'environ un kilomètre de longueur (051 mètres;. L’un des oh.servateurs frappait un petit limhrc suspendu à l’une des extrémités de la conduite, l’autre observateur entendait deux sons: l’un, transmis par la fonte, arrivait le premier-, l’autre, transmis par l’air, arrivait 2”, 5 plus tard. Or, pour parcourir cette distance dans l’air, le son devait etnployer 2’’,85; c’est donc 0 ',.'55 que dure la Iratismissioti par la fonte, ce qtii fait une vitesse huit fois plus grande enviroti que dans l’air. Ce résultat est peu exact, à cause de l’hélérogénéité du tuyau, qui présentait de part en part des rotidelles de plomh ([iti dcvaietit inlluer sur la vitesse de propagation.
MM. Wertlieitn et Dréguet ont mesuré la vitesse de transmission du .son dans les fils télégraithiiiues du chemin de fer de Versailles; l’un des observateurs frappait, à un moment donné, un coup de marteau sur le poteau, l’autre notait l’instant où il entendait le bruit. Ils ont trouvé ainsi une vitcs.se de transmi.ssion dans le lil de fer de 3,685. .Mais il s’est présenté dans le cours de ces expériences des irrégularités singulières qui donnent beiiucoup d’incertitude aux résultats obtenus. Les poteaux étant en elTet fixés au sol, il est difficile de savoir si c’est [lar le sol ou par le fil que la transmission se produit, ou s’il y a une sorle de combinaison des deux effets.
l’ar la même méthode indirecte qu’il a appliipiée aux liquides, M. Wertheim a mesuré la vitesse du son dans quelques solides-, voici le tableau des résultats obtenus. La vites.se dans l'air est prise pour unité ;
Plomb 3,971 à i,l20 .\cier U..16I il 1.5,108
Étain 7,338 il 7, 'tSO Fer 15,108
Oi- 5,603 à O.iîi Uiilon lO.SSi
Arpent . . . . 7,903 à 8,0.57 Verre 14,956 a 16,7,59
Zinc 9,863 à 11,009 Cri.stal 11,890 à lî,2i0
Uiiivre 11,167 Bois (le chêne . 9,90J il 1î,0J
Platine .... 7,8î3 il 8,467 Bois de sapin. . 1J,49 k 17, i6
l'HODrCTIOS KT rltUl’AGATION IH' SON.
636. Formule théorique. — On peiil calcuier la vile.sse du son dans les solides jyar la formule
dans la(|nellc t représenic rallongcnienl d'une lige de longueur égalé à l’unild, sous rinnuence d’iino Iraelion égale à .son poids, (ietle quantité peut .se déduire aisément de la valeur du eocffieient d’élasticité de la substance.
637. Mécanisme de la propagation du son. — Pour nous rendre compte du mode de propagation du son, considérons à roriginc d’un tuyau indéfini une lame vibrante a, et examinons ce qui arrive pendant qu’elle pas.se rie a" en n'. Nous pouvons
ate. if'
Fip fw’.J. — l’ropagation du stui.
décomposer le mouvement total en une série de petits mouvements élémentaires; chacun d’enx se communique successivemeni A la couche d'air voisine qu'elle comprime, celle-ci comprime la suivante en revenant à .son état initial, et ainsi de suite successivement. S’il n’y avait qu’un seul de ces mouvements élémentaires, il SC propagerait d’une couche A l’antre avec une vitesse de 331 mètres par .seconde. Mais ces mouvements se succèdent d’une manière continue; au bout de la première vibration, le premier sera iiarvenn
en A, (lig. 574), tandis que le
Fig. 57 i.
dernier est encore A l’origine du tuyau en A. Sur les différents points de AA,, les molécules sont en mouvement et ont des vitesses corres-
pondanles A celles qu’avait la lame vibrante aux différents points de son excursion. Ainsi en CC la vite.sse est maxima, comme l’était celle de la lame vibrante au milieu de sa couise, en 1)1) et l),l)', les v iles.ses sont celles de la lame vibrante au quart et aux trois quarts de sa
nM)i;s SONOIIKS. .S0"i
(•mii’si’, il*' sorl(* (|iu! Ih com lir \C'A, t'sl une iiiia};<‘
(lisiriltulioii (les \ilesses. Os viless(>s ont (l’aillem-s poiir end de produire une compression de l'air en rapport a\ec leur {grandeur nn'nie, de sorte ([ue la im'mie courbe peul représenter l’étal relalif de densité de la colonne d’air AA, en ses diirérenls points.
Si le niüuvemenl de la lame vibrante s’am' lait, on se représenterait l’élat de l’air dans le tuyau, en supposant cpie la courbe glisse le lonjj; de son axe avec une vitesse de 331 midres par seconde. Mais la lame revienl sur elle-même, elle produit ainsi une laréfactiüiî ijui se communiiiue à la coucbe d’air voisine, et la série de mouvemenis inverses se communiiiuaiit de proche en proche, les couches ([ui se trouvent du c(Mé de la lame possé-dent, (|uand c(dlc-ci a accompli .sou mouvement de retour, les diverses viless(’s ([u’elle a successivement possédées elle-même. En EE' se Ironve la viles.se maxinia; en FE', F, K', les vitesses du premier et du troisième iluarl, et comme ces viless(!s oui produit une raréfaction, la courbe AE leprésente eu même temps (pn* les vites.ses l’(dal relatif de dilatation des diverses couches d’air.
Mais p(‘udant le temps (jue s'(>st produit l’état de l’air représenté par la courbe \E'A,, les mouvements dus à la inamiière oscil-
Fig. 57 ,j.
talion de la lame .se .sont pro|)a"és le lonj; du luvau et occu|)enl à la lin de la double oscillalion l'espacv' A, On voit donc, ipie. lorsi|ne la lame a acconi|)li nm( vibialion complète, h’s couches d’air situées sur la longueur A\j i)os.sèdenl les diverses vite.sses (|u’a. eues la lame ell(!-même. Dans la première moitié A V,, ces vitesses, variables d’ailleui-s, .sont toutes dirigées dans le sens de la flèche placée aud(!ssus de la ligure. Dans la seconde moitié, ces vitesses sont de sens conlraiie. La r(iuuion des deux parties AA,, V,A, forme ce <|ue l’on aivpelle une onde sonore. Sa longueur AA, tisl égale à l’espace <|ue parcourt le son pendant une vibration complète de la lame. Si.
