RÉFRACTION du SON
Après avoir lu cette section, vous pourrez effectuer les opérations suivantes:
- Définissez la réfraction du son et pourquoi elle se produit.
- Décrivez ce qui se produit lorsqu’une onde sonore atteint l’angle critique.
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Questions
- Qu’arrive-t-il au son voyageant dans un matériau lorsqu’il pénètre dans un autre matériau à un angle normal à la surface entre les deux matériaux (90 degrés par rapport à la surface)?
- Qu’arrive-t-il au son voyageant dans un matériau lorsqu’il pénètre dans un autre matériau à un angle autre que la normale par rapport à la surface entre les deux matériaux?
- Qu’arrive-t-il au son lorsque l’angle incident approche en étant parallèle à la surface ?
Déplacement du son entre les matériaux
Rappelez-vous que le son se déplace plus rapidement dans certains matériaux que dans d’autres. Les ondes sonores se déplacent vers l’extérieur en lignes droites depuis leur source jusqu’à ce que quelque chose interfère avec leur chemin. Lorsque le son change de médiums (entre dans un matériau différent) à un angle autre que 90 degrés, il est plié par rapport à sa direction d’origine. Ce changement d’angle de direction est appelé réfraction. En raison de l’angle, une partie de l’onde entre en premier dans le nouveau milieu et change de vitesse. La différence de vitesse fait plier la vague. La vitesse du son dans chaque matériau est déterminée par les propriétés du matériau (module d’élasticité et densité) pour ce matériau.
Dans l’animation ci-dessous, une série d’ondes planes sont représentées se déplaçant dans un matériau et entrant dans un second matériau ayant une vitesse acoustique plus élevée. Par conséquent, lorsque l’onde rencontre l’interface entre ces deux matériaux, la partie de l’onde dans le second matériau se déplace plus rapidement que la partie de l’onde dans le premier matériau. On peut voir que cela fait plier la vague.
L’angle de réfraction dépend de l’angle que les ondes ont lorsqu’elles pénètrent dans le nouveau milieu et des vitesses des ondes dans les deux matériaux. La loi de Snell décrit la relation entre les angles et les vitesses des vagues. La loi de Snell assimile le rapport des vitesses du matériau V1 et V2 au rapport des sinus des angles incidents (Q1) et réfractés (Q2), comme indiqué dans l’applet ci-dessus et dans l’équation suivante.
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Où : VL1 est la vitesse d’onde longitudinale dans le matériau 1. VL2 est la vitesse d’onde longitudinale dans le matériau 2. |
Il convient de noter que seule une partie du son entre dans le deuxième support. Une partie du son est également réfléchie dans le premier support. L’angle que fait l’onde incidente avec une ligne normale à l’interface est égal à l’angle que fait l’onde réfléchie à la même ligne normale. Il convient également de noter que lorsque l’angle de l’onde incidente atteint un angle suffisamment grand, l’onde sonore n’entre plus dans le second matériau mais parcourt à la place l’interface entre les deux matériaux. L’angle où cela se produit est appelé angle critique.