I/ Forces exercées sur un être humain : Lévitation et onde sonore

A) Qu'est ce que la gravitation

Le poids d'un objet est la force d'attraction gravitationnelle exercée par la Terre sur l'objet.

La gravitation universelle est définie par la force d’attraction s’exerçant entre tous les corps possédant une masse.

Sa constante est notée : G = 6.67×10⁻¹¹m³.kg⁻¹.s⁻²

Un projectile est un corps lancé au voisinage de la terre. Si on néglige la force de frottement de l'air, le projectile n'est alors soumis qu'à son poids : on dit qu'il tombe en chute libre.

Comme les forces qui s'exercent sur le solide ne se compensent pas (puisqu'il y en a qu'une, le poids), alors d'après le principe d'inertie, le mouvement du projectile n'est pas rectiligne uniforme.

B) Lévitation ultrasonore : une lutte contre la gravité

La lévitation ultrasonore, aussi appelée acoustophorèse, est une méthode visant à suspendre de la matière dans un milieu en utilisant la pression de radiation à partir d'ondes sonores intenses. Pour pouvoir la réaliser, il nous faut exercer avec des ondes sonores, une force qui va dépasser celle de la gravitation.

Dans ce cadre, nous allons d'abord prouver que le son est une force. Pour cela, nous allons réaliser diverse expériences.

Dans les différentes expériences, nous pouvons voire les morceau d’aluminium bouger sous l'effet du son. Nous pouvons observez la même chose avec le post-it. Cela prouve que le son est une force.

C) Les différents types d'ondes

Une onde est un phénomène de propagation ordonnée d'énergie, sans transport de matière. Il existe plusieurs types d'ondes :

- L'onde électromagnétique

- L'onde mécanique (onde oscillante, onde de choc, onde acoustique, onde solitaire)

Il est possible de classer ces ondes en fonction de leurs caractéristiques ( sens de propagation, forme, vitesse... ) :

- L'onde plane

- L'onde sphérique

- L'onde de gravité

- Les ondes cérébrales

Il existe d'autres ondes, telles que les ondes transversales, les ondes de cisaillement, les ondes élastiques , ... , onde longitudinale.

Une onde est dite longitudinale si elle provoque une perturbation de direction parallèle à la direction de propagation de l'onde :

D) un cas particulier, les ondes sonores

Parmi, ces ondes, on trouve les ondes sonores, ce sont celles qui vont nous intéresser.

Les onde sonore sont des variations de pression, des perturbations mécanique qui se propagent dans un milieu matériel.

Il existe différents types d'ondes sonores:

-Les infrasons ont une fréquence inférieure à 20 Hz, ils sont audibles par certains animaux comme les éléphant. Cela leur permet d'ailleurs de communiquer entre eux.

-Les sons audibles par l'oreille humaine, ils sont compris entre 20Hz et 20 000Hz. On parle de son de basse fréquence pour les son graves et de son de haute fréquence pour les son aigus

-Les ultrasons ont des fréquences supérieures à 20 000 Hz. Ils sont audibles par exemple par les chauves-souris, les chats et les dauphins.

Sachant que la gravité nous empêche de nous détacher du sol, il faut réussir à exercer une force avec le son qui pourra compenser celle de la gravité. Il nous faut donc une force assez puissante, pour cela on va utiliser des ultrasons.

Un ultrason est une onde, de même nature que les ondes sonores, mais dont la gamme de fréquence se situe entre 20 kilohertz et plusieurs centaines de mégahertz. Cette gamme est trop élevée pour que l'oreille humaine puisse la percevoir.

L'avantage que nous donne cette onde sonore est essentiellement qu'elle peut exercer une force assez élevée sans endommager l'oreille humaine et sans être insupportable.

Si l'on avait utilisé des infrasons ou encore des ondes sonores dont la fréquence est dans le domaine de l'audible, la force de l'onde n'aurait pas été assez forte. De plus dans le domaine de l'audible, pour avoir une force élevée, il aurait fallu un son extrêmement fort qui pourrait endommager les oreilles humaines

On utilisera donc des ultrasons lors de la lévitation ultrasonore.