La vitesse du son dans l’air
Le son est une onde de pression qui se propage dans l’air, l’eau ou les solides. Dans l’air, sa vitesse dépend surtout de la température : l’air chaud transmet le son plus vite, car ses molécules s’agitent davantage. À 20 °C, le son parcourt environ 343 mètres par seconde, soit un kilomètre en moins de trois secondes. La pression et l’altitude, à elles seules, n’ont presque pas d’effet.
La formule
v = 331,3 × √(1 + T ÷ 273,15), en m/s, avec T en °C.
Cette formule pour l’air sec est précise à mieux qu’un pour cent aux températures courantes. Retenez qu’elle augmente d’environ 0,6 m/s par degré. L’humidité l’augmente un peu : dans un air très humide à 30 °C, la vitesse est environ 0,3 % plus élevée.
Exemple chiffré
L’air est à 20 °C et vous voulez savoir combien de temps le son met pour parcourir 1 km.
- v = 331,3 × √(1 + 20 ÷ 273,15) = 343,2 m/s, soit environ 1 236 km/h.
- Temps pour 1 000 m : 1 000 ÷ 343,2 = 2,91 secondes.
- L’écho renvoyé par une falaise située à 1 km reviendrait au bout de 5,83 secondes.
Vitesse du son selon la température
| Température de l’air | Vitesse du son |
|---|---|
| −20 °C | 319 m/s, 1 148 km/h |
| 0 °C | 331 m/s, 1 193 km/h |
| 20 °C | 343 m/s, 1 236 km/h |
| 40 °C | 355 m/s, 1 277 km/h |
Dans les autres matériaux
Le son va beaucoup plus vite dans les liquides et les solides, plus difficiles à comprimer : environ 1 480 m/s dans l’eau douce, 1 520 m/s dans l’eau de mer, autour de 3 800 m/s dans le bois dur dans le sens des fibres et environ 5 900 m/s dans l’acier. C’est pourquoi on entend un train arriver dans les rails avant de l’entendre dans l’air.
Applications pratiques
- Orages : comptez les secondes entre l’éclair et le tonnerre et divisez par 3 pour obtenir la distance en kilomètres.
- Écho et sonar : mesurer le temps d’un écho donne la distance d’un mur ou du fond marin.
- Musique et sonorisation : la vitesse du son fixe la longueur d’onde de chaque note et le retard à appliquer entre les enceintes d’une grande salle.
- Aéronautique : le nombre de Mach compare la vitesse d’un avion à celle du son à l’endroit où il vole. À l’altitude de croisière, où l’air est vers −56 °C, Mach 1 ne vaut plus qu’environ 1 060 km/h.