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La vitesse du son, c’est quoi exactement ?

Crédits : Pixabay / skeeze

Une recherche rapide nous dit que la vitesse du son est de 343 mètres par seconde. Mais cette donnée est loin d’être constante. Alors, la vitesse du son, c’est quoi exactement ?

Pour comprendre pourquoi la vitesse du son varie, nous devons d’abord regarder comment le son se déplace. Imaginez alors l’air qui nous entoure comme une collection de particules : sur Terre, ces particules sont principalement de l’azote et de l’oxygène. Le son se déplace dans l’air en faisant en sorte que ces particules se heurtent les unes contre les autres. Une particule est touchée, puis elle se cogne à la particule suivante qu’elle rencontre, provoquant ainsi la perturbation – ou l’onde sonore. Cette onde se propage finalement le long des particules d’air, et sans ces dernières il ne peut y avoir de propagation du son. C’est d’ailleurs pour cette raison que dans l’espace, « personne ne vous entendra crier » si l’on reprend la célèbre phrase du film Alien.

Notez que la vitesse du son dépend de la température de l’air. Plus il fait froid et moins le son se propage rapidement. C’est parce que dans l’air plus froid, les particules se déplacent plus lentement. À 15,5 degrés Celsius, dites-vous que la vitesse du son est d’environ 1 225 kilomètres par heure. À environ 10 670 mètres – une altitude de croisière typique pour les avions – la vitesse du son est d’environ 295 mètres par seconde (soit environ 1060 km/h). Il n’est donc pas nécessaire de voyager aussi vite pour atteindre des vitesses supersoniques (c’est-à-dire plus rapides que la vitesse du son) car plus l’atmosphère est haute, plus l’air y est frais.

La vitesse du son varie également en fonction du type de gaz présent dans l’air. Par exemple, l’atmosphère martienne est principalement composée de dioxyde de carbone : la vitesse du son y est donc plus faible que dans l’air. Si cela vous intéresse, vous pouvez d’ailleurs consulter les outils en ligne de la NASA qui vous permettent de calculer la vitesse du son sur différentes planètes. Notez que dans les liquides – et notamment l’eau – les particules sont plus proches les unes des autres que dans les gaz, ce qui facilite le déplacement des ondes sonores. C’est pourquoi le son se déplace en moyenne quatre fois plus vite dans l’eau que dans l’air.

Pouvons-nous voyager plus vite que le son ? Au fur et à mesure que le son traverse ces particules d’air, les faisant se heurter les unes aux autres, cet air est comprimé dans ce que nous appelons une onde de choc. Ces ondes ne secouent pas seulement les particules d’air, mais elles peuvent aussi secouer tout ce qui peut les comprimer, comme un avion qui tente d’atteindre des vitesses supersoniques. C’est là que réside le défi du vol supersonique : construire un avion suffisamment rapide et robuste pour résister à de telles secousses.

Puisque le nombre absolu de la vitesse du son peut varier en fonction du milieu et de la température, la vitesse du son est souvent définie par le nombre de Mach, soit le rapport entre la vitesse d’un objet et la vitesse du son dans le même milieu. Le pilote d’essai Chuck Yeager fut le premier à franchir le mur du son en 1947 en voyageant plus vite que Mach 1. De 1976 à 2003, le Concorde atteignait régulièrement des vitesses de Mach 2, soit deux fois la vitesse du son. En 2004, un avion de la NASA connu sous le nom de X-43A atteignait même Mach 9,6 (près de 11 300 km/h).

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