Ondes mécaniques, sons et niveau sonore

Une onde mécanique est la propagation d'une perturbation sans transport de matière, dans un milieu matériel.

Schéma

v = d / Δt          f = 1 / T          λ = v × T = v / f
L = 10 × log(I / I₀)          I₀ = 1,0 × 10⁻¹² W/m²

Grandeurs

**Période T (s) : durée d'un motif · fréquence f (Hz) · longueur d'onde λ** (m) : distance parcourue pendant T · **célérité v, qui dépend du milieu**.

Types d'ondes

Transversale : perturbation ⟂ propagation (corde) · longitudinale : // propagation (son, ressort) · à la surface de l'eau. Elles transportent de l'énergie, pas de matière.

Le son

Onde de pression qui a besoin d'un milieu : pas de son dans le vide. Célérité ≈ 340 m/s dans l'air (343 à 20 °C), ≈ 1 480 m/s dans l'eau, ≈ 5 000 m/s dans l'acier.

Domaines

Infrasons < 20 Hz · audible : 20 Hz à 20 kHz · ultrasons > 20 kHz (échographie, sonar).

Hauteur et timbre

La hauteur = fréquence du fondamental (grave/aigu). Le timbre dépend des harmoniques (multiples de f).

Niveau d'intensité sonore

L = 10 log(I/I₀) en dB. +3 dB ⇒ intensité × 2 · +10 dB ⇒ × 10. Seuil d'audition 0 dB · seuil de douleur ≈ 120 dB. Risque auditif dès 85 dB en exposition prolongée.

💡 Exemple

Un La à 440 Hz dans l'air : λ = 340 / 440 ≈ 0,77 m, T ≈ 2,3 ms.

📌 À retenir

Deux sons de même niveau ne s'additionnent pas en dB : 2 sources identiques = +3 dB, pas ×2.

Teste-toi

Un son de 440 Hz se propage à 340 m/s. Quelle est sa longueur d'onde ?

≈ 0,77 m
≈ 1,3 m
≈ 150 m
≈ 0,0013 m

Réponse : A. ≈ 0,77 m

λ = v / f = 340 / 440 ≈ 0,77 m.

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