Le son et sa propagation : cours de 5e

Quand tu entends une porte claquer dans une autre pièce, quelque chose a voyagé entre la porte et ton oreille. Tu n'as pourtant rien vu passer. Ce « quelque chose », c'est un son, et ce chapitre explique comment il se déplace.

Tu as déjà étudié la lumière : sa propagation, sa vitesse. Tu vas pouvoir comparer les deux. Le son et la lumière sont deux manières de transmettre une information à distance, mais ils ne se comportent pas du tout pareil. Cela t'aidera à comprendre pourquoi, pendant un orage, l'éclair arrive avant le bruit.

Dans ce cours, tu vas répondre à quatre questions :

• Qu'est-ce qui produit un son, et que transporte-t-il ?
• Dans quels milieux un son peut-il se propager ?
• Quelle est la grandeur qui décrit sa propagation ?
• Comment calculer une distance ou une durée à partir de cette grandeur ?

Pose la main sur ta gorge et dis « aaaah » : tu sens une vibration. Pose un doigt sur la peau d'un tambour frappé : même sensation. Une source sonore est toujours un objet qui vibre, c'est-à-dire qui bouge très vite de part et d'autre d'une position de repos. Corde de guitare, membrane de haut-parleur, cordes vocales : tous suivent ce principe.

En vibrant, la source pousse puis relâche la matière qui l'entoure. Cette matière est elle-même mise en mouvement, et elle met en mouvement sa voisine, et ainsi de suite. Le son n'est donc pas un objet qui se déplace : c'est un ébranlement qui se transmet.

Puisque le son est une perturbation de la matière qui se transmet de proche en proche, il lui faut de la matière pour avancer. Là où il n'y a rien, il n'y a personne à faire vibrer, et le son s'arrête.

Le programme de cycle 4 propose d'étudier les milieux de propagation des sons, et en particulier la propagation du son dans un solide, l'acier, que les élèves comparent à d'autres situations.¹ Voici les trois grandes familles de milieux que tu dois savoir citer :

Tu en as déjà fait l'expérience : en plongeant la tête sous l'eau dans une piscine, tu entends encore des bruits venus de l'extérieur ou d'autres nageurs. Et en collant l'oreille contre une table, tu entends un coup frappé à l'autre bout par le bois, pas seulement par l'air.

Une perturbation qui avance met du temps pour aller d'un point à un autre. On peut donc se demander à quelle allure elle avance. C'est ce que mesure la vitesse de propagation.

Cette vitesse ne dépend pas de la force avec laquelle tu cries : un chuchotement et un hurlement parcourent la même distance dans la même durée, dans les mêmes conditions. Crier plus fort change seulement l'énergie transportée : on t'entend de plus loin, mais pas plus tôt. Ce qui compte pour la vitesse, c'est surtout le milieu traversé : on n'obtient pas la même valeur dans l'air, dans l'eau ou dans l'acier.

Au cycle 4, les élèves sont d'ailleurs conduits à mesurer la vitesse de propagation du son dans l'air.² Tu peux faire de même à l'école, avec deux élèves éloignés l'un de l'autre et un chronomètre, ou avec un dispositif de mesure du temps entre deux microphones.

Au cycle 4, on t'apprend à passer de la durée d'un trajet sonore à la distance couverte par le son.² Tu connais déjà le lien entre vitesse, distance et temps pour un objet en mouvement. Il vaut aussi pour le son, à condition que celui-ci reste dans un seul et même milieu.

Pendant un orage, l'éclair et le tonnerre naissent au même instant, au même endroit. Pourtant, tu vois d'abord l'éclair, puis tu entends le tonnerre. La raison : la lumière va bien plus vite que le son. Son trajet est si bref qu'on le prend pour nul, alors que celui du son dure plusieurs secondes.

Les ressources du cycle 4 proposent d'utiliser le délai d'arrivée du tonnerre pour savoir à quelle distance l'orage se trouve.² Elles mentionnent aussi la « méthode du grand-père », une façon d'estimer cette distance, que les élèves testent ensuite en mesurant.²

On a vu que le son se propage dans les gaz, les liquides et les solides. Dans chacun, la perturbation avance de proche en proche, mais la vitesse n'est pas la même. Le programme propose d'étudier la propagation du son dans l'acier et de comparer des situations, ce qui revient à constater que le milieu change la manière dont le son se transmet.¹ Retiens le principe, sans chercher à apprendre toutes les valeurs : le milieu influence la vitesse de propagation, et on donne les valeurs utiles dans les énoncés.

Pour ne pas mélanger les notions, voici un tableau comparatif.