Calculateur de vitesse du son

Le Calculateur de Vitesse du Son vous indique à quelle vitesse le son se propage dans l'air à n'importe quelle température — avec une correction d'humidité facultative — ou à travers des dizaines d'autres milieux comme l'eau, l'acier, l'hélium et le diamant. Il présente le résultat en m/s, km/h, mph, ft/s et nœuds, affiche la vitesse du mur du son à Mach 1, le temps nécessaire au son pour parcourir une distance, et comment l'utiliser pour évaluer la distance d'un impact de foudre.

Qu'est-ce que la vitesse du son ?

La vitesse du son correspond à la vitesse à laquelle une onde de pression — une vibration transmise de molécule à molécule — se déplace à travers un matériau. Dans l'air sec à 20 °C (68 °F), elle est d'environ 343 m/s (1 235 km/h ou 767 mph). Le son a besoin d'un milieu pour se propager, donc contrairement à la lumière, il ne peut pas se déplacer dans le vide. Il se déplace le plus rapidement dans les solides rigides et denses et le plus lentement dans les gaz.

Formule de la vitesse du son dans l'air

Dans l'air, la vitesse du son dépend presque entièrement de la température. La relation adiabatique exacte est :

où c est la vitesse du son en mètres par seconde et T est la température de l'air en degrés Celsius. Cela découle de la relation physique \( c = \sqrt{\gamma R T / M} \), où \( \gamma \) est l'indice adiabatique de l'air (environ 1,4), \( R \) est la constante des gaz parfaits, \( T \) est la température absolue en kelvin, et \( M \) est la masse molaire de l'air. Une approximation linéaire pratique près de la température ambiante est \( c \approx 331.3 + 0.606\,T \).

L'air humide est légèrement moins dense que l'air sec, le son s'y déplace donc un tout petit peu plus vite. La correction ci-dessus (avec RH représentant l'humidité relative en pourcentage) ajoute au maximum environ 1,2 m/s à 100 % d'humidité — ce qui est minime, mais inclus ici pour être tout à fait complet.

La température affecte-t-elle la vitesse du son ?

Oui — dans l'air, la température est de loin le facteur prédominant. Les molécules d'air plus chaud se déplacent plus vite et s'entrechoquent plus souvent, transmettant l'onde sonore plus rapidement. La vitesse augmente d'environ 0,6 m/s pour chaque hausse de 1 °C. C'est pourquoi le son se propage différemment lors d'une après-midi chaude par rapport à une nuit froide, et pourquoi Mach 1 est plus lent pour un avion de chasse volant à haute altitude dans la haute atmosphère froide que près du sol chaud. La pression de l'air et l'altitude n'ont en soi pratiquement aucun effet direct, car leur influence sur la densité et la rigide s'annule en grande partie.

Vitesse du son dans différents milieux

Le son se déplace beaucoup plus vite dans les liquides et les solides que dans les gaz, car leurs molécules sont rapprochées et fortement liées, transmettant les vibrations efficacement. Le tableau ci-dessous répertorie les valeurs typiques dans des conditions standards.

Pourquoi l'hélium donne-t-il une voix de dessin animé ?

Le son se déplace presque trois fois plus vite dans l'hélium (environ 1 007 m/s) que dans l'air, car l'hélium est beaucoup plus léger que l'azote et l'oxygène de l'air. Votre conduit vocal résonne à des fréquences plus élevées lorsqu'il est rempli de ce gaz léger et rapide, modifiant le timbre de votre voix vers les aigus pour donner ce son de « pimprenelle » bien connu. (Inhaler de l'hélium n'est pas sûr — cela prend la place de l'oxygène dont vous avez besoin pour respirer.)

Utiliser la vitesse du son pour mesurer une distance

Comme la lumière vous parvient presque instantanément mais que le son prend du retard, vous pouvez estimer la distance d'un événement en chronométrant le délai :

• Foudre : Comptez les secondes entre l'éclair et le tonnerre. Le son parcourt environ 1 km toutes les 3 secondes (1 mile toutes les 5 secondes), divisez donc le délai par 3 pour obtenir des kilomètres ou par 5 pour des miles.
• Échos et sonar : Émettez une impulsion, mesurez le temps de l'aller-retour, et multipliez par la vitesse du son pour trouver le double de la distance jusqu'à la surface réfléchissante.

Qu'est-ce qui affecte la vitesse du son ?

Comment utiliser ce calculateur

1. Choisir un mode : Sélectionnez Air pour calculer à partir de la température, ou Autre milieu pour rechercher un matériau.
2. Saisir les conditions : Pour l'air, tapez la température et choisissez °C, °F ou K, puis ajoutez éventuellement une humidité relative. Pour un milieu, sélectionnez-le dans la liste.
3. Cliquer sur Calculer : L'outil calcule instantanément la vitesse du son.
4. Examiner les résultats : Découvrez la vitesse dans cinq unités, la vitesse de Mach 1 ainsi qu'un tableau des Mach, les temps de propagation du son, la règle de la foudre, un graphique comparatif, une courbe de réponse à la température et une explication étape par étape.

Foire Aux Questions

Quelle est la vitesse du son dans l'air ?

Dans l'air sec à 20 °C (68 °F), la vitesse du son est d'environ 343 m/s, soit 1 235 km/h ou 767 mph. À 0 °C, elle est d'environ 331 m/s. La vitesse augmente d'environ 0,6 m/s pour chaque degré Celsius d'augmentation de la température.

Comment calcule-t-on la vitesse du son dans l'air ?

La vitesse du son dans l'air sec est c = 331,3 × √(1 + T / 273.15), où T est la température de l'air en degrees Celsius. C'est la formule adiabatique exacte. L'air humide étant légèrement plus rapide, on peut ajouter une correction d'humidité facultative d'environ 0,0124 m/s par pourcentage d'humidité relative.

La température affecte-t-elle la vitesse du son ?

Oui. Dans l'air, la vitesse du son dépend presque entièrement de la température et augmente à mesure que l'air se réchauffe, car les molécules plus chaudes se déplacent plus vite et transmettent l'onde de pression plus rapidement. Elle augmente d'environ 0,6 m/s pour chaque degré Celsius. La pression de l'air et l'altitude n'ont en soi pratiquement aucun effet direct.

Pourquoi la vitesse du son est-elle plus rapide dans l'eau et l'acier que dans l'air ?

Le son se déplace plus rapidement dans les matériaux plus rigides et plus denses car leurs molécules fortement liées transmettent la vibration plus efficacement. Elle est d'environ 1 481 m/s dans l'eau (plus de quatre fois plus rapide que dans l'air) et d'environ 5 960 m/s dans l'acier (environ dix-sept fois plus rapide que dans l'air).

Comment utiliser la vitesse du son pour savoir à quelle distance se trouve la foudre ?

Comptez les secondes entre le moment où vous voyez l'éclair et celui où vous entendez le tonnerre, puis multipliez par la vitesse du son. Règle générale : le son parcourt environ 1 km toutes les 3 secondes, ou 1 mile toutes les 5 secondes. Diviser le délai en secondes par 3 donne la distance en kilomètres et le diviser par 5 la donne en miles.

Qu'est-ce que Mach 1 ?

Mach 1 correspond à la vitesse du son dans le milieu environnant. Dans l'air à 20 °C, Mach 1 est d'environ 343 m/s (1 235 km/h ou 767 mph). Comme la vitesse du son change avec la température, Mach 1 est légèrement plus lent dans l'air froid de la haute atmosphère et plus rapide dans l'air chaud près du sol.

Ressources supplémentaires

• Vitesse du son - Wikipedia
• Nombre de Mach - Wikipedia