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Physique Ondes et particules Chap.1
I. Rayonnements et particules
1. Quels sont les rayonnements dans l’univers ?
Définition : Un rayonnement désigne la propagation d’énergie émise par une source.
Le rayonnement cosmique : noyaux atomiques ou particules élémentaires (protons, neutrons, électrons, neutrinos, ….) se déplaçant à grande vitesse. (Origine : supernovas, explosions d’étoiles)
Sources de rayonnement électromagnétique
Seule l’énergie se déplace.
Le spectre des ondes électromagnétiques est composé d’une infinité de radiations, chacune caractérisée par sa longueur d’onde dans le vide λ (en m) ou sa fréquence f ou (en Hz). Leur vitesse de propagation est c (en m/s ou m.s-1).
Ces grandeurs sont reliées par la relation : = c f
Le spectre est découpé arbitrairement en divers domaines, des rayons gamma aux ondes radio.
Dans le vide ou dans l’air, les radiations visibles ont des longueurs d’ondes comprises entre 400 nm et 800 nm environ. Elles sont limitées par les ultraviolets et les infrarouges.
2. Les constituants de l’atmosphère absorbent certaines radiations
Les rayonnements X et U.V. sont absorbés par les substances à base d’azote et d’oxygène
Les rayonnements de λ comprises entre 1 μm et 1 cm sont presque totalement absorbés par la vapeur d’eau et le CO2.
Les rayonnements de λ élevées sont absorbés par les espèces ionisées.
Les rayonnements traversant l’atmosphère sans être absorbés se trouvent principalement dans le domaine du visible et de la radio
3. Les capteurs
Ce détecteur transforme les rayonnements reçus en une grandeur physique mesurable.
Détection de particules : muons dans une chambre à brouillard ou chambre à fils
L’œil : détecteur naturel de rayonnements électromagnétiques qu’il transforme en signaux électriques.
Détecteurs électroniques artificiels basés sur l’effet photoélectrique : ex CCD)
Lors de désintégrations radioactives on utilise le compteur Geiger qui détecte les particules émises.
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II. Les ondes mécaniques et progressives 1. Définition
Une onde mécanique est la propagation d’une perturbation dans un milieu matériel (le son dans l’air, vague à la surface de l’eau)
Une onde mécanique modifie localement et temporairement les propriétés mécaniques (vitesse, position, pression …) du milieu matériel
Deux types d’onde :
Si la perturbation a la même direction que celle de l’onde, l’onde est dite longitudinale (onde de compression- ondes sonores – ondes P lors des séismes)
Si la perturbation a une direction perpendiculaire à celle de l’onde, l’onde est dite transversale (onde de cisaillement – onde à la surface de l’eau – ondes S lors des séismes).
Les ondes mécaniques, comme les ondes électromagnétiques, transportent de l’énergie mécanique sans
transporter de matière.
Dimensions d’une onde
Onde progressive à 1 dimension : Onde le long d’une corde, onde de compression le long d’un ressort, d’un rail.
Onde progressive à 2 dimensions : vagues à la surface de l’eau.
Onde progressive à 3 dimensions : son dans l’air.
2. Célérité d’une onde
La valeur de la vitesse de propagation v, ou célérité, d’une onde dans un milieu homogène, est le rapport de la distance d qu’elle parcourt par la durée Δt mise par l’onde pour parcourir cette distance, soit : v = d
t avec v (en m.s-1), d (en m) et Δt (en s) 3. Retard et élongation
La perturbation observée au point M1 arrive au point M2 avec un retard τ.
Le retard τ est la durée mise par l’onde pour se propager de M1 au point M2 : = M1M2
v
avec τ (en s), M1M2 (en m), v (en m.s-1)
Un point est repéré par son élongation, c’est-à-dire sa position par rapport à sa position de repos.
