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I- Le son, les ondes acoustiques
Le son est une vibration mécanique du milieu dans lequel il se propage. Dans l'air, ce sont des variations locales de pression atmosphérique (en Pascal). On parle d'onde acoustique car un son continu consiste en des vibrations successives se déplaçant à la même vitesse (celle du son dans le milieu considéré). Ces vibrations ont la même amplitude (intensité) et forment une onde sinusoïdale dont les crêtes sont espacées d'un intervalle constant (la période, exprimée en secondes). La fréquence (inverse de la période, exprimée en Hertz, 1Hz = 1 oscillation par seconde) définit le nombre de crêtes par secondes. Notre oreille associe un ton (hauteur) à chaque fréquence. Les basses fréquences sont perçues commes graves et les hautes fréquences sont aiguës. L'oreille humaine ne perçoit pas toutes les fréquences possibles mais seulement un domaine restreint (tout comme pour la lumière visible) qui sétale de 15 Hz (grave à 15kHz (15000Hertz, aiguë).
Le son consiste donc en la propagation dans l'air d'ondes acoustiques, c'est à dire de variations de pression. Le son se propage dans l'air à la vitesse de 343m/s. Mais le son peut se propager dans d'autres milieux que l'air. Ainsi dans l'eau, la vitesse du son est de 1500m/s, c'est bien plus que dans l'air !
Or rappelons ici que le corps humain est constitué à 80 % d'eau !
Pourquoi le son est il plus rapide dans l'eau que dans l'air ? Parce que l'eau est plus dense que l'air : dans un liquide, les molécules sont plus proches les unes des autres que dans un gaz. La densité est le nombre de molécules par unité de volume. Dans l'acier, cette vitesse est de 5000m/s, c'est énorme. Et aussi dans un solide, la densité est bien plus élevée que dans un liquide.
L'onde sonore des bols va donc se propager beaucoup plus vite dans le corps physique que dans l'air ambiant.
Comment expliquer ces différences de densité ? Vous savez qu'il existe trois états de la matière : solide, liquide, gazeux. La matière adopte l'un de ces trois états en fonction de la temprérature et de la preession. Pour une pression constante, un solide doit absorber beaucoup de chaleur pour devenir liquide et un liquide doit aussi être chauffeé pour se vaporiser. Au niveau moléculaire, la chaleur d'un corps se traduit par une vitesse des molécules le constituant ; plus un corps est chaud, plus les molécules sont rapides et donc plus elles se percutent souvent. Plus il y a de chocs entre les molécules, plus il se forme un espace entre chacune des molécules : le corps «gonfle». On dit que sa densité diminue puisque pour un même nombre de molécules il a besoin d'un grand volume : le nombre de molécules par unité est donc moindre.
