Physique : Chaleur, Température et Ondes Sonores

La Chaleur et la Température

La chaleur est une grandeur physique qui mesure l'énergie transmise d'un corps à un autre en raison de la différence de température. L'unité dans le SI est le Joule (J). 1 calorie = 4,18 J.

La température d'un corps dépend de l'énergie cinétique de ses particules (atomes, ions, molécules).

Modes de transmission de la chaleur

L'énergie sous forme de chaleur peut être transmise d'un corps à un autre de trois manières :

• Par conduction
• Par convection
• Par rayonnement

La propagation de la chaleur par conduction est celle qui a lieu dans les corps solides. La propagation de la chaleur par convection est exclusive aux fluides (liquides et gaz).

Mesure et dilatation thermique

Thermomètre : ces appareils permettent de mesurer les températures. Il en existe trois types : au mercure, à l'alcool et électronique.

Dilatation (Expansion) : l'augmentation de la taille d'un corps (solide, liquide ou gazeux) lorsque la température augmente.

• Liquides : ils se dilatent plus avec l'augmentation de la température pour un même volume.
• Gaz : ils se dilatent plus que les liquides et les solides pour une élévation de température donnée et un même volume.

Échelle thermométrique Celsius

Les points fixes sont compris entre 0 °C et 100 °C.

Différence entre conduction et convection

La propagation par convection est caractéristique des fluides ; elle est accompagnée par un déplacement de la matière et il se produit des courants au sein du fluide. En revanche, dans la propagation de la chaleur par conduction, caractéristique des solides, les particules solides en contact avec la source de chaleur acquièrent une énergie cinétique élevée.

Le Mouvement Ondulatoire et le Son

Le mouvement d'un corps qui se balance est appelé mouvement oscillatoire. Si les oscillations sont rayonnées, on parle de mouvement vibratoire.

Le mouvement ondulatoire est la propagation d'un mouvement oscillatoire dans un milieu.

Fréquence : nombre d'oscillations complètes effectuées dans une unité de temps. Dans le SI, elle est mesurée en hertz (Hz).

Propriétés et propagation du son

Le son : ce sont des vibrations qui se transmettent comme un mouvement d'ondes à travers la matière. Pour cette raison, le son ne peut pas se propager dans le vide.

Dans un milieu homogène, les ondes sonores se propagent à une vitesse constante. La vitesse de propagation du son dans l'air est de 340 m/s.

Le son se propage plus rapidement dans les solides que dans les liquides, et plus rapidement dans les liquides que dans les gaz.

Qualités sonores et perception humaine

Les qualités sonores sont l'intensité, la hauteur et le timbre :

• Intensité : c'est la qualité sonore qui nous permet de distinguer un son fort d'un son faible.
• Hauteur : cette qualité sonore nous permet d'identifier un son comme aigu ou grave.
• Timbre : la qualité sonore qui nous permet de distinguer deux sons de même intensité et de même hauteur.

L'oreille humaine normale perçoit les sons de fréquences comprises entre 20 Hz et 20 000 Hz. Les sons avec des fréquences supérieures à 20 000 Hz sont appelés ultrasons, et ceux ayant des fréquences inférieures à 20 Hz sont les infrasons.

Les ultrasons ont de nombreuses applications pratiques en médecine, pour la détection des fonds sous-marins et la stérilisation des aliments, entre autres.

Phénomènes acoustiques et environnement

L'écho (17 m) : il se produit lorsqu'un son est réfléchi sur une surface et nous revient, nous permettant de le distinguer comme un son différent de celui émis. Quand il est indiscernable (moins de 17 m), il se produit une réverbération.

La pollution sonore se produit dans les grandes villes à cause du trafic et de la mécanisation des activités humaines ; elle constitue un problème environnemental majeur.