Le Repaire des Sciences
Sciences Physiques et Chimiques

 

 

 

 

     Le bruit de la cuiller



 

Quand je remue mon infusion après l'avoir sucrée, la cuillère fait d'abord
"tong" contre les bords de la tasse, puis "ting" à la fin... Etrange non?

 

        Bon d'accord, je suppose que vous avez déjà rencontré une formulation de problème plus scientifique, mais je trouvais ça parlant... Non?... Essayons autrement.

        Plantons le décor: je mets mon verre plein d'eau au micro-onde, je la chauffe. A sa sortie, j'y plonge un sucre, et j'agite à la cuillère à café. Au début, les chocs contre les parois du verre donnent un son grave ("tong"), qui devient de plus en plus aigu ("ting"), mais n'évolue plus au bout d'un moment.

        On se doute que c'est une histoire de modification de la vitesse du son dans le verre. A quoi peut-elle être due? Un ami curieux m'a proposé plusieurs hypothèses.

   Le verre lui-même change de température, donc, les ondes sonores ne s'y propagent pas à la même vitesse.
      Oui, mais on n'a pas de différence nette de fréquence sonore entre un verre plein d'eau froide et un identique plein d'eau chaude...
   Le sucre en cours de dissolution modifie la densité du liquide et donc la vitesse de propagation du son.
       J'ai essayé en mettant du sirop de menthe dans mon eau chaude, il n'y a pas eu de changement de hauteur de son. Et en plus, ce n'était pas très bon...

           Bien, il faut trouver autre chose. Je vous montre mon verre, ça peut peut-être aider...

eau chaude, "nature"
du sucre est introduit, des bulles se forment.
fin de la dissolution du sucre, presque plus de bulles...
  l'eau sort du four...    ...on vient d'y jeter un sucre (ça fait "tong")... ... Vers la fin de l'agitation (ça fait "ting")

            Je savais bien que ça aiderait! La différence saute aux yeux!... Pourquoi cet aspect laiteux sitôt le sucre introduit? Des tas de bulles se forment. Au passage, cela peut être un danger des fours à micro onde: l'eau est très chaude, toute proche de l'ébullition. Ajouter des impuretés va causer l'apparition de "sites de nucléation", des bulles de vapeur minuscules se forment. Si on est vraiment très proche de la température d'ébullition (voir même parfois au-delà), le liquide se met à mousser et à déborder. Il y a des risques de brûlures. C'est assez fréquent avec du lait, qui mousse encore plus facilement à cause de la présence des grosses protéines.

            Mais ne changeons pas de sujet. La vitesse du son est très modifiée par les passages de l'eau dans l'air des bulles. Le changement de fréquence du son cesse d'ailleurs quand on ne voit plus de bulles. Quand on sait en plus, que par effet de résonance, les "boîtes" (comme notre verre) amplifient seulement certaines longueurs d'onde (principe des caisse de résonance des diapasons, des corps de guitare...), on peut se douter que la vitesse du son étant modifiée, d'autres fréquences seront amplifiées par résonance, d'où la modification de hauteur du son.

            Si on veut être un peu plus précis: Les longueurs d'ondes (l) qui seront amplifiées par résonance sont liées à la taille du verre, qui ne change pas. Par contre, si la vitesse du son (v) dans le contenu augmente, comme l = v / f reste constant, c'est que f, la fréquence du son amplifié augmente aussi, d'où une hauteur de son plus aiguë. On a le même phénomène quand quelqu'un inspire de l'hélium, il parle alors avec une voix plus aiguë pour les mêmes raisons que l'on vient de voir (le son va plus vite dans l'Hélium que dans l'air)

            Avec tout ça, j'ai oublié de mettre un sachet de thé dans mon verre d'eau chaude (froide maintenant) et sucrée...