Ondes sonores et lumineuses en Terminale
Cours complet, points clés à retenir et exercices d'entraînement de ondes sonores et lumineuses pour les élèves de Terminale. Conforme au programme officiel.
Réviser notion par notion
Ce que tu vas réviser
- Caractéristiques d'une onde : période, fréquence, célérité
- Ondes sonores : niveau d'intensité sonore en décibels
- Diffraction et interférences
- Spectre électromagnétique et applications
Période, fréquence et célérité d'une onde
La période T est le temps pour que l'onde effectue un cycle complet. La fréquence f est le nombre de cycles par seconde (en Hertz). La célérité v est la vitesse de propagation de l'onde dans le milieu.
Exemple
Une onde sonore d'une sirène d'ambulance a une fréquence d'environ 1000 Hz, ce qui signifie qu'elle oscille 1000 fois par seconde. Le son se propage à 340 m/s dans l'air.
À retenir : Les trois grandeurs sont liées par : $v = f \times \lambda$ et $f = \frac{1}{T}$
Ondes sonores et niveau d'intensité
Une onde sonore est une vibration mécanique qui se propage dans un milieu. Son intensité sonore I se mesure en watts par mètre carré. Le niveau d'intensité sonore L en décibels (dB) quantifie la perception du bruit par l'oreille humaine.
Exemple
Un conversation normale est environ 60 dB, un concert rock 110 dB. Le seuil de douleur est autour de 130 dB. L'intensité de référence est $I_0 = 10^{-12}$ W/m².
À retenir : La formule du niveau sonore est : $L = 10 \log_{10}\left(\frac{I}{I_0}\right)$ en décibels
Diffraction et interférences d'ondes
La diffraction est la déviation d'une onde lorsqu'elle rencontre un obstacle ou une fente. Les interférences se produisent quand deux ondes se superposent : elles peuvent s'amplifier (constructive) ou s'annuler (destructive).
Exemple
Quand vous écoutez de la musique derrière une porte fermée, le son se diffracte autour de la porte. Sur l'eau, deux vagues qui se rencontrent créent des interférences : des crêtes plus hautes ou des zones calmes.
À retenir : La diffraction dépend du rapport entre la longueur d'onde et la taille de l'obstacle : plus la fente est petite, plus la diffraction est importante
Spectre électromagnétique et applications
Le spectre électromagnétique classe les ondes selon leur fréquence ou longueur d'onde, du plus bas (ondes radio) au plus haut (rayons gamma). Chaque type d'onde a des applications spécifiques selon ses propriétés.
Exemple
Les ondes radio alimentent la radio et le WiFi, les micro-ondes chauffent les aliments, la lumière visible permet de voir, les rayons X traversent les tissus pour les radiographies, les rayons gamma sont utilisés en médecine nucléaire.
À retenir : L'ordre du spectre du plus bas au plus haut en fréquence : radio, micro-ondes, infrarouge, visible, ultraviolet, rayons X, rayons gamma
Longueur d'onde et relation fondamentale
La longueur d'onde λ est la distance entre deux points identiques consécutifs d'une onde (deux crêtes ou deux creux). Elle dépend de la célérité et de la fréquence de l'onde.
Exemple
La lumière rouge visible a une longueur d'onde d'environ 700 nanomètres, tandis que la lumière bleue en a 450 nm. Les ondes radio FM ont des longueurs d'onde de plusieurs mètres.
À retenir : La longueur d'onde se calcule par : $\lambda = \frac{v}{f}$ où v est la célérité et f la fréquence
Les points clés
- Une onde est caractérisée par sa période T, sa fréquence f, sa longueur d'onde λ et sa célérité v
- Le niveau sonore en décibels utilise une échelle logarithmique : chaque augmentation de 10 dB multiplie l'intensité par 10
- La diffraction est plus importante quand la longueur d'onde est grande par rapport à la taille de l'obstacle
- Les interférences constructives amplifient l'onde (différence de marche = k×λ), les interférences destructives l'annulent (différence de marche = (k+0,5)×λ)
- Le spectre électromagnétique s'étend des ondes radio aux rayons gamma, tous se propagent à la vitesse de la lumière dans le vide
L'essentiel
Toute onde obéit à la relation fondamentale $v = f \times \lambda$, et le comportement d'une onde (diffraction, interférences) dépend du rapport entre sa longueur d'onde et la taille des obstacles rencontrés.
Exercices d'entraînement
Entraîne-toi sur ces exercices, puis fais-toi corriger pas à pas par le tuteur.
Exercice 1
Une onde sonore a une fréquence de 440 Hz (la note La). Calculez sa longueur d'onde dans l'air (célérité du son = 340 m/s). Quelle serait sa longueur d'onde dans l'eau (célérité = 1500 m/s) ?
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
Un bruit a une intensité sonore de $I = 10^{-6}$ W/m². Calculez son niveau d'intensité sonore en décibels. (Intensité de référence : $I_0 = 10^{-12}$ W/m²)
Corrige cet exercice avec le tuteur →