Energie sonore: caractéristiques, types, utilisations, avantages, exemples

L' énergie sonore ou acoustique est celle transportée par les ondes sonores lorsqu'elles se propagent dans un milieu, qui peut être un gaz tel que l'air, un liquide ou un solide. Les êtres humains et de nombreux animaux utilisent l'énergie acoustique pour interagir avec l'environnement.

Pour cela, ils ont des organes spécialisés, par exemple les cordes vocales, capables de produire des vibrations. Ces vibrations sont transportées dans les airs pour atteindre d'autres organismes spécialisés responsables de leur interprétation.

Le signe négatif indique une augmentation de l'énergie potentielle, car la propagation de l'onde fonctionne sur l'élément de volume dV lorsqu'il est comprimé, grâce à une pression acoustique positive.

La masse de l'élément fluide en termes de densité initiale ρ _o et de volume initial V _o est:

m _o = ρ _o V _o

Et comme la pâte est conservée (principe de conservation de la pâte):

ρV = ρ _o V _o = constant

Par conséquent, l'énergie totale reste comme ceci:

Calculer l'énergie potentielle

L'intégrale peut être résolue à l'aide du principe de conservation de la masse

m _o = m _f

La dérivée d'une constante est 0, donc (ρ V) ' = 0. Par conséquent:

dV = (-V / ρ) dρ

Isaac Newton a déterminé que:

(dp / dρ) = c2

Où c représente la vitesse du son dans le fluide en question. En remplaçant l'intégralité de ce qui précède, on obtient l'énergie potentielle du milieu:

Si _Ap et A _v sont respectivement les amplitudes de l'onde de pression et de l'onde de vitesse, l'énergie moyenne ε de l'onde sonore est:

Le son peut être caractérisé par une quantité appelée intensité .

L'intensité du son est définie comme l'énergie passant en une seconde à travers l'unité de surface perpendiculaire à la direction de propagation du son.

Puisque l'énergie par unité de temps est la puissance P, l'intensité du son I peut être exprimée comme suit:

Chaque type d’onde sonore a une fréquence caractéristique et transporte une certaine énergie. Tout cela détermine son comportement acoustique. Parce que le son est très important pour la vie humaine, les types de sons sont classés en trois grands groupes, en fonction de la gamme de fréquences audibles pour l'homme:

- Infrasons dont la fréquence est inférieure à 20 Hz.

- Spectre audible, avec des fréquences allant de 20 Hz à 20 000 Hz.

- Ultrasons, avec des fréquences supérieures à 20 000 Hz.

La tonalité d’un son, qu’elle soit forte, basse ou moyenne, dépend de la fréquence. Les fréquences les plus basses sont interprétées comme des sons graves, compris entre 20 et 400 Hz environ.

Les fréquences comprises entre 400 et 1600 Hz sont considérées comme des tons moyens, alors que les hautes fréquences vont de 1600 à 20 000 Hz. Les sons aigus sont légers et pénétrants, tandis que les sons graves sont perçus comme plus profonds et plus sourds.

Les sons entendus quotidiennement sont des superpositions complexes de sons de différentes fréquences à proximité.

Le son a d’autres qualités que la fréquence, qui peuvent servir de critères pour sa classification. Exemple: le timbre, la durée et l’intensité.

Une bonne question est de savoir d'où provient l'énergie sonore dans ce cas, dont l'intensité détectée par l'oreille humaine.

La réponse est dans l'énergie potentielle gravitationnelle. Tout simplement parce que la broche tombe d'une certaine hauteur, à laquelle elle avait une énergie potentielle, transforme cette énergie en énergie cinétique.

Et une fois au sol, l’énergie est transférée aux molécules d’air qui entourent le lieu de la chute, ce qui donne naissance au son.

L'énergie potentielle gravitationnelle U est:

U = mgh

Où m est la masse de la broche, g est l'accélération de la pesanteur et h est la hauteur à partir de laquelle elle est tombée. En substituant ces valeurs numériques, mais pas avant d’effectuer les conversions correspondantes dans le Système international d’unités, nous avons:

U = 0, 1 x 10-3 x 9, 8 x 1 J = 0, 00098 J

La déclaration dit que sur cette énergie, seuls 0, 05% sont transformés pour donner naissance à l’impulsion sonore, c’est-à-dire au tintement de la goupille quand elle touche le sol. Par conséquent, l'énergie sonore est:

E _son = 4, 9 x 10-7 J

A partir de l'équation d'intensité, le rayon R est effacé et les valeurs de l'énergie du son E, ainsi que la durée de l'impulsion sont substituées: 0, 1 s conformément à l'énoncé.