Physique-chimie et mathématiques (STI2D · STL) · Première · Physique-chimie — Ondes et information
Ondes sonores et électromagnétiques
De l’énergie qui voyage, sans matière.
En bref
Le son d’une voix, les ultrasons d’une échographie, la lumière, le Wi-Fi : ce sont des ondes.
Le son d’une voix, les ultrasons d’une échographie, la lumière, le Wi-Fi : ce sont des ondes. Elles transportent de l’énergie et de l’information sans transporter de matière.
Deux grandes familles
| L’onde | Support | Exemples |
|---|---|---|
| Mécanique | Un milieu matériel (air, eau, solide) ; ne se propage pas dans le vide | Son, ultrasons, vague, onde sismique |
| Électromagnétique | Aucun support nécessaire ; se propage dans le vide | Lumière, ondes radio, rayons X |
Une onde est transversale si la perturbation est perpendiculaire à la propagation (corde, vague), longitudinale si elle est parallèle (son, ressort comprimé).
Les ondes périodiques
Fréquence : f = 1 / T (Hz)
Longueur d’onde : λ = v × T = v / f (m)
La longueur d’onde est la distance parcourue pendant une période ; c’est aussi la distance entre deux points qui vibrent en phase.
Exemple : un son de 440 Hz dans l’air (v = 340 m/s) a une longueur d’onde λ = 340 / 440 ≈ 0,77 m.
Les ondes sonores
- Audibles de 20 Hz à 20 kHz ; en dessous, infrasons ; au-dessus, ultrasons.
- Vitesse : environ 340 m/s dans l’air, 1 500 m/s dans l’eau, plus encore dans les solides.
- Elles se réfléchissent (écho), se transmettent et sont absorbées par les matériaux.
- L’intensité acoustique I (W/m²) est la puissance sonore reçue par unité de surface.
L’échographie
Une sonde émet des ultrasons qui se réfléchissent sur les frontières entre tissus. On mesure la durée de l’aller-retour :
Distance = v × Δt / 2
Exemple : écho reçu 40 µs après l’émission dans les tissus (v ≈ 1 540 m/s) : d = 1 540 × 40 × 10⁻⁶ / 2 ≈ 3,1 cm de profondeur.
Les ondes électromagnétiques
Toutes se propagent dans le vide à c = 3,00 × 10⁸ m/s. On les classe par longueur d’onde :
| Le domaine | Longueur d’onde (ordre de grandeur) | Usage |
|---|---|---|
| Gamma | < 10 pm | Radiothérapie |
| X | 10 pm à 10 nm | Radiographie |
| Ultraviolet | 10 à 400 nm | Stérilisation, bronzage |
| Visible | 400 à 800 nm | Vision |
| Infrarouge | 800 nm à 1 mm | Chauffage, télécommandes, caméras thermiques |
| Micro-ondes, radio | > 1 mm | Wi-Fi, téléphonie, radio |
Exemple : le Wi-Fi à 2,4 GHz a λ = 3,00 × 10⁸ / 2,4 × 10⁹ = 0,125 m.
Les sources lumineuses
Soleil et corps chauffés (spectre continu), lampes spectrales (spectre de raies), LED (bande étroite, bon rendement), lasers (monochromatiques), lampes UV. Le choix dépend de l’usage : éclairer, chauffer, désinfecter, transmettre.
Teste-toi
6 questions pour vérifier
Touche une réponse : la correction s’affiche tout de suite.
1.Quelle onde peut se propager dans le vide ?
2.Le son est une onde…
3.Longueur d’onde d’un son de 440 Hz dans l’air (340 m/s) ?
4.Quelle est la plage des fréquences audibles par l’humain ?
5.Un écho revient 40 µs après l’émission (v = 1 540 m/s). Profondeur ?
6.Pourquoi divise-t-on par 2 dans le calcul de l’échographie ?
0 / 6 questions
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