Fiche enseignant · 15–16 ans · environ 45–50 minutes
Ondes sonores, décibels et le son le plus fort jamais enregistré
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Objectifs
- Utiliser v = f·λ pour le son.
- Utiliser v = 331·√(T/273 K) pour la dépendance de la vitesse du son dans l'air à la température.
- Expliquer l'échelle logarithmique des décibels et calculer avec elle.
- Mesurer la vitesse du son et évaluer la méthode.
- Interpréter avec esprit critique des données historiques (Krakatoa 1883).
Déroulement
| Durée | Activité |
|---|---|
| 5 min | Accroche : pourquoi voit-on l'éclair avant d'entendre le tonnerre ? |
| 10 min | Lisez le texte et traitez un exemple avec v = f·λ et un exemple avec les décibels. |
| 25 min | Expérience de l'écho dehors (ou en démonstration), trois essais. |
| 5 min | Calculez v et comparez avec la formule pour la température du jour. |
| 5 min | Quiz, ou le jeu L'échelle des décibels à la maison. |
Matériel pour l'expérience
- Un grand mur plat (un bâtiment de l'école) avec un terrain dégagé devant
- Un mètre ruban ou un odomètre à roue
- Deux blocs de bois à frapper l'un contre l'autre
- Un chronomètre (ou un téléphone)
Sécurité: Choisis un endroit loin de la circulation. Garde les doigts à l'écart des blocs. N'utilise ni pistolet de départ ni rien d'explosif.
Idées fausses fréquentes
| Les élèves peuvent penser… | En réalité… |
|---|---|
| Doubler les décibels double le volume. | L'échelle est logarithmique : +10 dB correspond à une intensité 10 fois plus grande. |
| Le son est plus rapide dans l'air que dans l'eau parce que l'eau est « plus épaisse ». | Il est environ quatre fois plus rapide dans l'eau (1 480 contre 343 m/s). |
| L'espace est silencieux parce qu'il fait froid. | Il est silencieux parce que c'est (presque) le vide, sans milieu. |
Corrigé de la fiche
- v = f·λ. 20 Hz : λ = 343/20 ≈ 17 m. 20 000 Hz : λ = 343/20 000 ≈ 1,7 cm.
- T = 308 K : v = 331·√(308/273) ≈ 351,6 m/s, soit environ 352 m/s.
- +20 dB = 10² = 100 fois l'intensité.
- Attendu : 320–360 m/s. Erreurs : temps de réaction et rythme (chronométrer 20 coups, répéter), mesure de d, vent, échos sur d'autres bâtiments.
Corrigé du quiz
- Un son a une fréquence de 686 Hz dans l'air à 20 °C (343 m/s). Sa longueur d'onde vaut… 0,5 m. λ = v / f = 343 / 686 = 0,5 m.[2]
- Combien de fois un son de 90 dB est-il plus intense qu'un son de 60 dB ? 1 000 fois. +30 dB = 10³ fois l'intensité.[3]
- D'après v = 331·√(T/273 K), la vitesse du son à 0 °C vaut environ… 331 m/s. Pour T = 273 K, la racine carrée vaut 1.[2]
- Pourquoi le son ne peut-il pas traverser l'espace entre la Terre et la Lune ? C'est pratiquement le vide : pas de milieu pour une onde de pression. Une onde de pression a besoin de matière à comprimer.[5]
- À quel niveau le tableau d'OpenStax place-t-il le seuil de la douleur ? 120 dB. Concert de rock très fort : 120 dB, seuil de la douleur.[3]
- L'onde de pression du Krakatoa a été enregistrée par des baromètres du monde entier. Elle a fait le tour de la Terre… trois à quatre fois dans chaque sens. Des villes ont enregistré jusqu'à sept pics de pression en plusieurs jours.[4]
Pour aller plus loin
Un éclair, puis le tonnerre 6 s plus tard : à quelle distance la foudre est-elle tombée ? Estimez ensuite le temps qu'a mis le son du Krakatoa pour atteindre Rodrigues, à 4 800 km, à 343 m/s.
Sources utilisées dans cette leçon
- [1] College Physics 2e, 17.1 Sound (OpenStax, Rice University): fiabilité Élevée
- [2] College Physics 2e, 17.2 Speed of Sound, Frequency, and Wavelength (OpenStax, Rice University): fiabilité Élevée
- [3] College Physics 2e AP, 17.3 Sound Intensity and Sound Level (OpenStax, Rice University): fiabilité Élevée
- [4] The Sound So Loud That It Circled the Earth Four Times (Nautilus (science magazine)): fiabilité Assez élevée
- [5] Data Sonifications (NASA Science): fiabilité Élevée
Liste complète avec liens et une note sur la fiabilité de chaque source: echoesof.science/school/fr/sound/sources/
Vie privée : les pages des leçons n'ont ni publicité, ni pistage, ni cookies. Les réponses au quiz et les scores restent dans le navigateur de l'élève. Une courte vidéo par âge est en préparation.