Travaux Pratiques Encadrés Classe de terminale S1 Lycée FENELON GRASSE
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Le son est provoqué par la vibration des molécules composant l'air, transmisse de proche en proche, le son se propage : ce phénomène est appelé : onde sonore.
La vitesse SUBSONIQUE Un avion en vol provoque des vibrations des molécules qui composent
l'air, une onde sonore est émise, si l'avion vole moins vite que la
vitesse du son, (vitesse subsonique) les ondes sonores se propagent en
avant de l'avion. Aucun phénomène particulier ne se produit. tous les avions commerciaux, sauf le Concorde et le Tupolev TU144 volent à une vitesse subsonique. Lorsque la vitesse de l'avion approche la vitesse du son, vitesse transsonique, les vibrations sonores se déplacent à une vitesse pratiquement égale à celle de l'appareil s'accumulent devant le nez de celui-ci.  Cette
accumulation crée une forte surpression en avant de l'avion qui se
heurte à un "mur" (à Mach 1). Pour le dépasser
le turboréacteur n'est pas suffisant, il faut alors obtenir une accélération supplémentaire qui est
fournie dans la plupart des cas par un dispositif particulier : la
post combustion.
Le passage du mur du son, nécessite la mise en oeuvre de solutions techniques pour pallier aux phénomènes de vibrations, qui perturbent la stabilité de l'avion. La vitesse SUPERSONIQUELorsqu'un avion a dépassé la vitesse du son, les vibrations sonores sont expulsées de part et d'autre de l'avion, il se crée alors un cône de choc, puisque les vibrations accumulées devant le nez de l'appareil sont subitement libérées, on entend alors un "Bang" supersonique.
le cône de choc est matérialisé par la tangente aux cercles représentant la propagation des ondes sonores. Le demi angle au sommet du cône de choc est lié à la vitesse de propagation du son et à la vitesse de l'avion. La relation trigonométrique dans le triangle rectangle représenté donne: sin (alpha)=Vson/Vavion si la vitesse de l'avion est égale à celle du son , le demi angle au sommet alpha est égale à 90°.Plus la vitesse sera élevée, plus l'angle a sera aigu.
Le Cône de Choc
Lorsque le cône de choc est visible, comme sur la photo, pour déterminer la vitesse d'un avion il suffit de matérialiser les deux droites limitant le cône de choc et de mesurer l'angle qu'elles forment .
Sur cet exemple, 2(alpha)=120°. donc (alpha)=60°. Soit : Vson/Vavion=sin(60°)=0.87 Vavion=Vson/sin(60)=391 m/s calcul du nombre de mach: mach=Vavion/Vson=391/340=1.15
donc l'avion vole à la vitesse de mach 1.15 , c'est à dire 391 m/s ou 1407 km/h. Le "Bang" supersonique est audible tant que l'avion se déplace à une vitesse supersonique (pas seulement au moment du passage du mur du son). De même un avion voyageant à 2 fois la vitesse du son ne créera qu'un seul cône de choc supersonique. Elle dépend de la pression atmosphérique et de la température. (A 20°C, sous une pression atmosphérique normale de 1bar, c'est à dire le niveau de la mer, elle est de 340 mètres par seconde, soit 1224km/h ) Lorsqu'un avion atteint le mur du son, à Mach
1, (1224.67 km/h) un piéton n'entend pas l'avion s'approcher parce que ce dernier va plus
vite que les ondes sonores. Au lieu de se diffuser au devant de l'avion,
Photo by John Gay F/A-18 Hornet breaking the sound barrier. . Retour en haut |
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Tant
que l'avion volera à une vitesse supérieur à celle du son, les vibrations
sonores formeront toujours un cône de choc se déplaçant avec l'avion. 
Là
où la pression est la plus forte, la vapeur d'eau présente dans l'air peut
parfois condenser brutalement et donner alors ce curieux phénomène. On
remarque l'onde de choc juste derrière la verrière. Il y a en effet souvent
une deuxième onde de compression sur l'avant de l'avion, nous percevons alors
un double-bang supersonique.