Physique-Chimie · seconde

Chapitre 8 — Ondes et signaux : ondes sonores et lumineuses

L'essentiel en 30 secondes

Une onde transporte de l'énergie sans transporter de matière. Le son est une onde mécanique qui $a$ besoin d'un milieu matériel pour se propager (pas dans le vide). La lumière est une onde électromagnétique qui se propage aussi dans le vide. La fréquence $f$ (en $Hz)$ , la période $T$ (en $s)$ et la longueur d'onde $\lambda$ (en $m)$ sont liées par $v = \lambda \times f$ .

Notions clés

Onde mécanique: Perturbation qui se propage dans un milieu matériel sans transport de matière (ex : son, vagues).
Onde électromagnétique: Onde qui peut se propager dans le vide (ex : lumière, ondes radio, rayons X).
Fréquence f: Nombre de périodes par seconde. Unité : hertz (Hz).
Période T: Durée d'un motif élémentaire qui se répète. Unité : seconde (s).
Longueur d'onde λ: Distance parcourue par l'onde pendant une période. Unité : mètre (m).
Spectre de la lumière blanche: Ensemble des radiations colorées (violet à rouge) obtenues par dispersion de la lumière blanche.

Formules

Relation fréquence-période

f = \frac{1}{T}

Condition : f en \text{Hz}, T en \text{s}

Célérité d'une onde

v = \frac{d}{\Delta t}

Condition : v en \text{m·s}^{-1}, d en \text{m}, \Delta t en \text{s}

Relation longueur d'onde – célérité

v = \lambda \times f

Condition : \lambda en \text{m}, f en \text{Hz}, v en \text{m·s}^{-1}

Célérité de la lumière dans le vide

c = 3{,}00 \times 10^{8}\;\text{m·s}^{-1}

Condition : Valeur exacte : 299\,792\,458\;\text{m·s}^{-1}

Célérité du son dans l'air (à 20°C)

v_{\text{son}} \approx 340\;\text{m·s}^{-1}

Condition : Varie avec la température et le milieu

A retenir

Le son NE se propage PAS dans le vide (il faut un milieu matériel). La lumière se propage dans le vide et dans les milieux transparents.
Le domaine visible va d'environ 400 nm (violet) à 800 nm (rouge).
Plus la fréquence est grande, plus la longueur d'onde est petite (à célérité constante), et plus l'onde transporte d'énergie.

Erreurs classiques

Erreur : Confondre période et fréquence.

Correction : T est une durée (en s), f est un nombre de répétitions par seconde (en Hz). f = 1/T.

Erreur : Utiliser la célérité de la lumière pour une onde sonore.

Correction : Le son dans l'air $≈ 340 m/s$ . La lumière dans le vide $= 3,00 \times 10⁸ m/s$ . Ce sont des ordres de grandeur très différents.

Erreur : Oublier de convertir les longueurs d'onde en mètres.

Correction : Les $\lambda$ sont souvent donnés en $nm. 1 nm = 10⁻⁹ m$ . Convertis avant d'utiliser $v = \lambda \times f$ .

Astuce méthode

Pour lire T sur un oscillogramme : repère un motif qui se répète et mesure la durée entre deux débuts identiques. Si l'axe est en ms, n'oublie pas de convertir en s avant de calculer f = 1/T.