Université d'Angers
	DEUG STU2 – ST41 2001-2002	PHYSIQUE - TD 1
	S. Chaussedent	Onde acoustique dans un fluide

Exercice I

Sous l'impulsion d'une onde acoustique, les particules du milieu de propagation (l'air) oscillent à la fréquence de 1 kHz autour de leur position d'équilibre. L'amplitude de l'élongation est U₀ = 10 Å.

1. Calculer la vitesse maximale et l'accélération maximale des particules. Comparer la vitesse particulaire obtenue à la vitesse de propagation de l'onde dans l'air à 0°C (c = 331 m.s^-1).

2. Quels sont la longueur d'onde, le vecteur d'onde et la période de ce son ?

3. Déterminer la dilatation maximale selon l'axe de propagation d'une tranche d'air de volume V. Calculer le coefficient de compressibilité de l'air et en déduire la pression acoustique maximale.

4. Une oreille humaine peut-elle percevoir ce son ?

5. La mesure de la vitesse du son dans l'air donnée plus haut a été faite à la température de 0°C. En déduire la valeur du coefficient polytropique g de l'air (on donne R=8,3143 J.K^-1.mol^-1).

6. Calculer la pression de radiation de cette onde.

Exercice II

On veut étudier l'influence d'un gradient de température sur la vitesse de propagation du son dans l'air.

1. Un avion vole à très faible altitude. Avec quel retard t_h un observateur terrestre placé à la distance D=10 km perçoit-il le son émis par cet avion sachant que ce son s'est propagé dans l'air à la température de 288 K ?

2. Quel est le retard t_v lorsque l'avion vole cette fois à haute altitude, soit à la même distance D mais à la verticale de l'observateur ? La température de l'air varie selon la loi suivante : T(z) = T₀ -Bz, avec T₀=288 K et B=6,5 K.km^-1, z étant l'altitude.

Exercice III

Afin d'étudier la pression de radiation d'un faisceau à ultrasons, on considère un faisceau parallèle d'ultrasons, d'intensité acoustique 4 kW.m^-2, se propageant dans l'air à la vitesse de 340 m.s^-1.

1. Quelle est la pression de radiation de ce faisceau ?

2. Trouver l'accélération acquise par des gouttelettes d'eau en suspension dans l'air sous l'action de cette pression de radiation. Le diamètre moyen des gouttelettes est égal à 0,2 mm.