propagation : ondes sonores / chaleur

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chemla
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propagation : ondes sonores / chaleur

Messagepar chemla » 03 Déc 2016, 14:17

Bonjour,
Je n'ai pas trop de connaissance en physique mais j'aimerais savoir si la propagation des ondes sonores et la propagation de la chaleur obéissent à peu près aux mêmes lois. J'aimerais si possible qu'on essaie de me répondre en français courant.
Cordialement,
Denise Chemla

alexchimiste
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Re: propagation : ondes sonores / chaleur

Messagepar alexchimiste » 03 Déc 2016, 15:06

chemla a écrit :Bonjour,
Je n'ai pas trop de connaissance en physique mais j'aimerais savoir si la propagation des ondes sonores et la propagation de la chaleur obéissent à peu près aux mêmes lois. J'aimerais si possible qu'on essaie de me répondre en français courant.
Cordialement,
Denise Chemla


Bonjour,

La chaleur se propage selon 3 modes : rayonnement, convection et conduction. Le rayonnement, c'est la propagation par le biais des infrarouges, des ondes lumineuses donc. La convection, c'est le déplacement par mouvement de fluides (liquides ou gaz). La conduction, c'est la propagation dans un milieu matériel solide (métaux typiquement).

Les ondes sonores se propagent uniquement dans un fluide (liquide ou gaz), c'est à dire qu'une onde sonore est à l'origine d'une différence de pression. Les solides étant typiquement des matériaux incompressibles, il n'y a pas (sauf exceptions) de propagation d'ondes sonores DANS un solide. Pas plus qu'il n'y a de son dans le vide (l'espace par exemple est terriblement silencieux).

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Re: propagation : ondes sonores / chaleur

Messagepar chemla » 03 Déc 2016, 15:44

Merci c'est très clair : pour la partie qui semble commune (la convection), les modélisations par des équations sont-elles les mêmes ?
Pour ce qui est du "sauf exception", pouvez-vous en dire plus ? (lorsqu'on fait chanter un verre en cristal, est-ce que la forme du verre intervient dans le résultat, ou bien est-ce seulement que le verre, en vibrant, fait bouger l'air autour ?
Merci.

alexchimiste
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Re: propagation : ondes sonores / chaleur

Messagepar alexchimiste » 03 Déc 2016, 23:41

chemla a écrit :Merci c'est très clair : pour la partie qui semble commune (la convection), les modélisations par des équations sont-elles les mêmes ?
Pour ce qui est du "sauf exception", pouvez-vous en dire plus ? (lorsqu'on fait chanter un verre en cristal, est-ce que la forme du verre intervient dans le résultat, ou bien est-ce seulement que le verre, en vibrant, fait bouger l'air autour ?
Merci.


*un physicien est demandé dans la salle, merci !* :mrblue: :fou: :zen:

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Re: propagation : ondes sonores / chaleur

Messagepar darrigan » 04 Déc 2016, 13:56

alexchimiste a écrit :Les ondes sonores se propagent uniquement dans un fluide (liquide ou gaz), c'est à dire qu'une onde sonore est à l'origine d'une différence de pression. Les solides étant typiquement des matériaux incompressibles, il n'y a pas (sauf exceptions) de propagation d'ondes sonores DANS un solide. Pas plus qu'il n'y a de son dans le vide (l'espace par exemple est terriblement silencieux).

Objection Votre Honneur ! :mrblue:

Les solides sont certes difficilement compressibles, mais les ondes sonores s'y propagent très bien justement ! Parce que le moindre déplacement collectif d'atome à un endroit, se propage sur les atomes voisins très rapidement. La vitesse de propagation des ondes sonores est très grande dans un solide, pour des ondes de compression (longitudinales) ou des ondes de cisaillement (transversales).
Exemples :
- Les ondes sismiques se propagent dans les roches (tremblements de terre).
- Si tu colles ton oreille sur un rail de voie ferrée (bon c'est interdit dans la vraie vie, mais tu peux voir cela dans les films westerns), tu peux entendre si un train arrive, justement parce que les ondes s'y propagent très bien.
- Dans l'oreille interne, les ondes sonores du captées par le tympan sont transférées par de petits ossements solides.
- etc.

Bon par contre, il n'y a pas de conduction d'ondes sonores (ni de conduction thermique) dans le vide. :frog:

Revenons à la question de la chaleur. La diffusion de la chaleur dans un solide peut se modéliser à l'aide d'une équation de diffusion de Fourier, qui est du même type que l'équation de Fick. C'est-à-dire que le flux de chaleur entre deux points est proportionnel à la différence de température entre deux points. Le coefficient de proportionnalité est la "conductivité thermique" du matériau. (Détails : ici)

Voilà une façon de "sentir" l'analogie entre la propagation des ondes et la propagation de la chaleur :

- Si tu prends le cas d'un bloc solide, avec une face bien lisse, par exemple, et que tu tapes en un point de cette surface (par exemple avec une pointe), les ondes sonores vont se propager à partir de ce point de façon (hémi)sphérique (en supposant que le solide est isotrope). Les ondes de compression vont voir leur amplitude diminuer avec le carré de la distance au point d'impact.
pointe.jpg
pointe.jpg (7.77 Kio) Consulté 1097 fois

- Idem pour la chaleur : si sur un point de la surface tu places un chalumeau, la chaleur va diffuser de manière (hémi)sphérique (si solide isotrope).
flamme.jpg
flamme.jpg (19.34 Kio) Consulté 1097 fois


On peut dire que chaleur et ondes mécaniques se propagent avec les mêmes équations.

Il y a un lien fort entre ces deux propriétés qui pourtant sembleraient loin l'une de l'autre : le notion de phonons en mécanique quantique (voir ici) qui est un quantum de vibration d'un réseau solide.
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Re: propagation : ondes sonores / chaleur

Messagepar alexchimiste » 04 Déc 2016, 23:54

darrigan a écrit :Objection Votre Honneur ! :mrblue:

Les solides sont certes difficilement compressibles, mais les ondes sonores s'y propagent très bien justement ! Parce que le moindre déplacement collectif d'atome à un endroit, se propage sur les atomes voisins très rapidement. La vitesse de propagation des ondes sonores est très grande dans un solide, pour des ondes de compression (longitudinales) ou des ondes de cisaillement (transversales).
Exemples :
- Les ondes sismiques se propagent dans les roches (tremblements de terre).
- Si tu colles ton oreille sur un rail de voie ferrée (bon c'est interdit dans la vraie vie, mais tu peux voir cela dans les films westerns), tu peux entendre si un train arrive, justement parce que les ondes s'y propagent très bien.
- Dans l'oreille interne, les ondes sonores du captées par le tympan sont transférées par de petits ossements solides.


Objection retenue !
Bah j'avoue que je n'avais pas envisagé la question sous cet angle, mais maintenant que tu le dis, intuitivement j'aurais du quand même y penser... Il ne faut pas toujours écouter ce que disent les adultes, on m'avait dit au lycée qu'il n'y avait pas conduction du son dans les matériaux, j'aurais du réagir... Mea culpa :-)

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Re: propagation : ondes sonores / chaleur

Messagepar chemla » 06 Déc 2016, 19:29

Merci Darrigan, vous êtes très pédagogue et je suis contente d'avoir eu cette idée que les phénomènes étaient un peu semblables (en pensant aux travaux d'un professeur qui a donné des conférences dans lesquelles il traite des deux phénomènes).
Puisque vous m'avez l'air calé, pourrait-on faire vibrer un verre ordinaire (en tournant plus vite que lorsqu'on utilise un verre en cristal), ou bien n'obtient-on du son qu'avec un verre en cristal ?
Cordialement,
Denise Chemla

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Re: propagation : ondes sonores / chaleur

Messagepar darrigan » 06 Déc 2016, 21:09

Merci merci !
chemla a écrit :Puisque vous m'avez l'air calé, pourrait-on faire vibrer un verre ordinaire (en tournant plus vite que lorsqu'on utilise un verre en cristal), ou bien n'obtient-on du son qu'avec un verre en cristal ?

Le verre cristal est un verre dopé à l'oxyde de plomb, avec une densité plus élevée… généralement plus fin que le verre classique, raison pour laquelle il est facile de le faire entrer en résonance.

En théorie on peut faire entrer en résonance n'importe quel objet du moment que l'on lui envoie une fréquence propre, ou qu'on le force à vibrer à cette fréquence entretenue.

J'ai plusieurs fois fait vibrer des verres classiques ainsi. Et même des carafes en verre… mais ce n'est pas une question de vitesse du doigt. Le glissement du doigt provoque le phénomène de "slip-stick", c'est ça qui génère de petites ondes dans la structure.

Pour obtenir un joli son bien pur, il faut utiliser un verre (ou objet) le plus symétrique possible. Alors le son est généralement une sinusoïde (une seule fréquence propre, éventuellement avec quelques harmoniques).

Si les ondes sonores t'intéressent, regarde le wiki à Catégorie:Ondes sonores
:salut:
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Re: propagation : ondes sonores / chaleur

Messagepar chemla » 07 Déc 2016, 12:42

Merci beaucoup Darrigan.
Je regarde la page du lien et m'achète des verres en verre très symétriques dès que possible.
Cordialement,
Denise Chemla


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