Chapitre 1 Les ondes NOM du Physicien (ne) : ____________________ Une

Chapitre 1 Les ondes NOM du Physicien (ne) : ____________________

Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales du milieu. Elle se déplace avec une vitesse déterminée qui dépend des caractéristiques du milieu de propagation. Une onde transporte de l'ENERGIE sans transporter de MATIERE

Exemples ondes radio

I

Micro ondes rayon X

INFRA ROUGES

ra rayons uv

Onde sismique

Catégories d’ondes

MECANIQUES

ÉLECTROMAGNÉTIQUES

Charge électrique génère un champ MAGNÉTIQUE et à son tour ce champ m MAGNÉTIQUE Génère un champ ÉLECTRIQUE Cette succession entraîne la propagation de l’Onde.

Caractéristiques d’une onde

L’amplitude:

DÉPLACEMENT MAXIMAL DE L’ONDE PAR RAPPORT A

SON POINT DE REPOS

Une formule

: (MAX –MIN)/2

La longueur d’onde

: ( ƛ) la distance entre deux points semblables consécutifs d’une onde. Symbole : λ

La FRÉQUENCE :

le nombre de vibrations par unité de temps.

LE NOMBRE DE CYCLES/SECONDES (f)

Le son perceptible par l'oreille humaine est dans un intervalle de fréquence compris entre 16 Hz et 20 000 Hz. Cet écart varie évidemment selon les individus, et il diminue avec l'âge. Certains animaux perçoivent des fréquences plus élevées, par exemple le chien perçoit des sons allant jusqu'à 80 000 Hz et la chauve-souris jusqu'à 120 000 Hz.

REMARQUE PÉRIODE = 1/FRÉQUENCE ET VICE VERSA La vitesse Une formule:

𝑣

= ^𝑑

𝑡 ou v = λX 𝑓

Très important dans le cas des ondes électromagnétiques v = c = 3x10

m/s

Exemples

1- La baie de Fundy

Niveau minimal de la mer a été de 10m et le niveau maximal 22m a été atteint à 5:00 et 17:00. Calcule l’amplitude de cette fonction cyclique.

(MAX –MIN)/2 (22m-10m)/2 = 6m

2- Le courant électrique fonctionne sous une fréquence de 60Hz.

Quelle est la période de ce courant.

P = 1/f 1/60Hz = 0,01666667s pour faire un cycle

3- Calcule la longueur d’onde d’une onde radio FM de 98,5 MHz

c = λ x f donc λ = c/f = 3x10

m/s/ 98.5x10

= 3.04m

4- La longueur d’onde de la lumière rouge est de 610 nanomètres (10^-9m) Détermine la fréquence de cette onde

c = λ x f donc f= c/λ 𝑓 =

610∗10⁻⁹

= 4.9*10

Hz

La lumière

Modèle corpusculaire : Sir Isaac Newton

Modèle ondulatoire Huygens Einstein….

La lumière est composée de grain d’énergies qu’on appelle photon

Chaque photon possède sa propre énergie appelée QUANTA d’énergie

Formue associée : E = h * f ou h est une constante

A l’aide de ce modèle explique pourquoi que les rayons Gamma sont utiles pour tuer les cellules cancéreuses

 E = h * f

 h: constante de Planck 6,63×10^-34 J⋅s

 F: fréquence (Hz)

 E : énergie en J

D’où vient la lumière?

- elle provient uniquement des sources lumineuses

-La lumière peut résulter d’un phénomène chimique, électrique ou nucléaire.

Fais-toi un résumé ici des pages 11 à 16.

1-Un surfeur observe les vagues qui sont espacées de 1,5 mètre. En 3 minutes, il a compté 24 vagues. Quelle est la période de cette vague ainsi que sa vitesse ?

Tout d’abord calculons la fréquence 𝟐𝟒𝒗𝒂𝒈𝒖𝒆𝒔

𝟏𝟖𝟎𝒔

= 0.133…Hz P =1/f = 1/0.13…Hz = 7.5s On sait que λ = 1,5m

V =λ X f = 1.5m *0.13Hz =0.195m/s

7,5 s et 0,2 m/s

2-Lors d’une après-midi ensoleillée, Néciphore et Théophile s’amusaient à lancer des cailloux dans un lac très calme. Géraldine, leur sœur aînée, a donc décidé d’étudier l’onde que produit la roche dans l’eau. Elle veut connaître la fréquence de la vague émise par la roche. Sachant que Néciphore lance la pierre à 5 mètres de lui, que la vague prend 10 secondes à se rendre à lui et qu’une vague mesure 3cm de long, quelle est la fréquence de l’onde ?

𝟓𝟎𝟎𝒄𝒎

𝟑𝒄𝒎

=166.66 vagues et 166,66vagues/10secondes = 16.6666Hz f= 16,67 Hz

3-Un avion en direction de Cuba entre dans plusieurs zones de turbulences sur une distance de 7 km en 25,2 secondes. Sachant que l’avion rencontre quatre turbulences, quel est la fréquence de ces turbulences ?

𝐪𝐮𝐚𝐭𝐫𝐞 turbulences

25,2 secondes

=0.158Hz

0,158 Hz

4-Jacques veut écouter sa partie de hockey entre les Canadiens et les Sabres à la radio. Il écoute un poste de radio dont la fréquence est de 810 kHz. Si Jacques est à 75 km de l’antenne de radio et que l’onde va à la vitesse de la lumière,

a)Combien de longueur d’onde entre l’antenne et la radio de Jacques ?

V =λ X f λ=

𝒇

=

𝟖𝟏𝟎𝟎𝟎𝟎

=370.3m et

𝟑𝟕𝟎,𝟑

=202,5 ondes

b) dans combien de temps recevra-t-il le signal ?

𝒕 = ^𝒅

𝒗 = ^{𝟕𝟓 𝟎𝟎𝟎𝒎}

𝟑𝒙𝟏𝟎

= 2,5 x 10

s

5-Sur un champ de bataille, quelqu’un tire avec un AK-47. Il s’intéresse à la longueur d’onde du son produit par la sortie des balles. Il sait qu’une balle prend 0,2 seconde pour sortir de l’arme.

Quelle est la longueur d’onde du son produit par une balle ? (Le son voyage à 343 m/s)

D=v X t = 343m/s x 0.2s = 68.7m

6-Maurice est en bateau et il se trouve dans une dangereuse situation. Le bateau avance à une vitesse de 15 m/s. Quelle sera la période si le bateau parcourt une distance de 0,325 km et que l’amplitude est de 100m ?

𝒕 = ^𝒅

𝒗 = 𝟎 .𝟑𝟐𝟓𝒌𝒎𝑿𝟏𝟎𝟎𝟎

𝟏𝟓𝒎/𝒔 =21,6666s

21,74 s

7-Un joueur de soccer botte un ballon qui fait trois bonds sur une distance totale de 30 m. On sait que le ballon voyage à une vitesse de 9 km/h. On te demande trouver la période d’un bond du ballon.

1m/s …..3,6km/h

? m/s---- 9 km/h rép 2,5 m/s

Temps que ca prend pour faire un bond

T =

= 12s pour trois bonds donc 1 bond = 4s NQ!!!

4s 8-Un son émis par un haut-parleur à une période de 0,032 seconde. Ce son parcours une distance de 2,424 km en 24 s. Déterminez la longueur d’onde de ce son.

Fréquence = ¹

𝑝é𝑟𝑖𝑜𝑑𝑒 = ¹

0,032 seconde = 31,25𝐻𝑧 V= ^𝑑

𝑡 = 2,424𝑘𝑚∗1000

24𝑠 = 101𝑚/𝑠

On sait que

V =λ X f λ=

𝒇

=

𝟑𝟏,𝟐𝟓𝒉𝒛

= 3.232m

9-Qu’est-ce qui permet de distinguer une onde longitudinale d’une onde transversale?

10- Un jouet d’enfant est constitué d’un ressort cylindrique qu’on étire et qu’on comprime (et qui peut même «descendre» un escalier). Ce jouet est-il un exemple d’onde longitudinale ou transversale? Expliquez votre réponse.

Un ressort qu’on étire et qu’on comprime est un exemple d’onde longitudinale, car les spires sont compressées et relâchées brusquement. L’onde longitudinale se propage dans la même direction que la perturbation.

11- Une onde électromagnétique a une longueur d’onde de 10 000 nm et se déplace à une vitesse

de 3,0  10⁸ m/s. Quelle est sa fréquence (f)?

V =λ X f donc f =

𝛌

donc f =

10 000 nm X10⁻⁹

=3x10

Hz

12- Quelle distance (d) la lumière parcourt-elle en 1 seconde?

D =v X t

D = 3,0  10

m/s X 1s = 3,0  10

m

13- Pourquoi un éclair est-il toujours perçu avant le tonnerre?

V lumiere : 3,0  10

m/s vitesse du son dans l’air ≈ 343m/s

Exercices :solutions

-1-Pourquoi le ciel est bleu :

Le bleu du ciel est le résultat de la diffusion de la lumière solaire par l'atmosphère. Si celle-ci n'existait pas, on verrait une voûte céleste toute noire et les étoiles seraient visibles en plein jour.

La lumière blanche du Soleil est un mélange de toutes les couleurs de l'arc-en-ciel.

La lumière voyage sous forme d'ondes de différentes longueurs. Chaque couleur a sa propre longueur d'onde. La lumière voyage donc en ligne droite jusqu'à ce qu'elle rencontre un obstacle qui la renvoit dans une autre direction. Quand les rayons solaires entrent dans l'atmosphère, ils rencontrent les atomes, les molécules d'air, les gouttes d'eau et la poussière dont est constitué l'atmosphère. Les molécules d'air ont la bonne dimension pour diffuser les plus courtes longueurs d'ondes de la lumière, les violet, indigo et bleu en l'occurrence; les longueurs d'ondes plus longues, telles que les rouges, ne sont à peu près pas diffusées par ces molécules d'air.

C'est donc un mélange de violet, d'indigo, de bleu, de vert et une petite fraction des autres couleurs qui étant diffusés dans tout le ciel, lui conférant ce bleu qui l'on connait bien.

-2-Une onde radio émet sur une longueur d’onde de 300m

c = λ x f donc f =

λ

=

300𝑚

= 10

Hz

Son énergie par photon : E = h f =

-3- Quelle couleur du spectre continu de la lumière visible possède la plus haute énergie? Quelle en serait son énergie par photon?

Violet 400nm = c = λ x f donc f =

λ

=

400𝑥10⁻⁹𝑚

=7.5x10

Hz



Violet avec 4.97x10

joules (

7.5x10

Hz



-4- Vrai ou Faux ? Si la longueur d’onde d’un rayon lumineux est plus petit il devient plus pénétrant?

Si λ est petit f est grand car inversément proportionnel et comme E=hf

L’onde sera plus énergétique; c’est vrai!

Les ondes et la lumière

1.1 LES ONDES

Une onde est une ou plusieurs perturbations qui se déplacent d’un endroit à un autre. Elle transporte de l’énergie, mais elle ne transporte pas le milieu dans lequel elle se propage. Son origine est toujours une source d’énergie.

Quatre caractéristiques peuvent décrire une onde périodique.

 L’amplitude: le déplacement maximal d’un point de l’onde par rapport à sa position au repos.

 La longueur d’onde () : la distance entre deux points semblables consécutifs d’une onde.

 La fréquence (f) : le nombre de vibrations par unité de temps.

 La vitesse (v): la distance que l’onde parcourt par unité de temps, d’où l’équation

La vitesse, la longueur d’onde et la fréquence d’une onde sont mathématiquement liées par l’équation

v   f

Les ondes se divisent généralement en deux catégories:

 Les ondes mécaniques se propagent dans un milieu composé de particules;

 Les ondes électromagnétiques se propagent dans un milieu composé de particules ainsi que dans le vide.

Le spectre électromagnétique regroupe l’ensem- ble des ondes électromagnétiques: les ondes radio, les micro-ondes, les infrarouges, la lumière visible, les ultraviolets, les rayons X et les rayons gamma.

1.2 LA LUMIÈRE

Parmi toutes les ondes électromagnétiques, l’œil humain ne peut percevoir que la lumière visible.

Les longueurs d’onde de ce groupe, subdivisé en noms de couleurs, vont de 400 nm à 750 nm.

Les fronts d’onde et les rayons lumineux permet- tent de représenter graphiquement la lumière. Ils sont toujours à angle droit les uns par rapport aux autres.

Les fronts d’onde sont perpendiculaires au dépla- cement de l’énergie de l’onde tandis que les rayons lumineux sont parallèles à ce déplacement.

Les milieux peuvent être classés en trois caté- gories selon leur degré d’opacité.

 Les milieux opaques bloquent le passage de la lumière.

 Les milieux translucides permettent le passage de la lumière, mais la diffusent dans différentes directions.

 Les milieux transparents permettent le passage de la lumière sans la disperser.

Lorsque la lumière touche la surface qui sépare deux milieux, elle peut être absorbée, réfléchie ou transmise. On observe généralement une combi- naison de ces trois comportements.