Ondes et signaux en 1ère
Cours complet, points clés à retenir et exercices d'entraînement de ondes et signaux pour les élèves de 1ère. Conforme au programme officiel.
Réviser notion par notion
Ce que tu vas réviser
- Ondes mécaniques : propagation, célérité
- Ondes lumineuses : diffraction, interférences
- Circuits électriques : loi des mailles et des nœuds
- Lentilles minces convergentes et formation d'images
Ondes mécaniques : propagation et célérité
Une onde mécanique est une perturbation qui se propage dans un milieu (air, eau, corde) en transportant de l'énergie, mais pas de matière. La célérité est la vitesse à laquelle cette onde se déplace dans le milieu.
Exemple
Quand tu jettes une pierre dans l'eau, des rides circulaires se forment et s'éloignent du point d'impact. Ces rides sont des ondes qui se propagent à la surface de l'eau.
À retenir : La célérité d'une onde dépend du milieu de propagation : $v = \frac{d}{t}$ où v est la célérité, d la distance parcourue et t le temps.
Ondes lumineuses : diffraction et interférences
La diffraction est la déviation d'une onde lumineuse quand elle passe par une ouverture étroite ou contourne un obstacle. Les interférences sont la superposition de deux ondes lumineuses qui créent des zones claires et sombres.
Exemple
Quand tu regardes un CD à la lumière, tu vois des arc-en-ciel : c'est le résultat d'interférences entre les rayons lumineux réfléchis par les sillons du disque.
À retenir : La diffraction est plus visible quand l'ouverture est petite, et les interférences créent des franges alternées claires et sombres.
Circuits électriques : loi des mailles et des nœuds
La loi des nœuds dit que la somme des courants entrant dans un nœud égale la somme des courants sortant. La loi des mailles dit que la somme des tensions dans une boucle fermée est nulle.
Exemple
Dans une maison, tous les appareils électriques sont branchés en parallèle : chacun reçoit 230 V. C'est la loi des mailles. Les courants de chaque appareil s'ajoutent au compteur : c'est la loi des nœuds.
À retenir : Loi des nœuds : $I_{entrant} = I_{sortant}$ ; Loi des mailles : $\sum U = 0$ dans une boucle fermée.
Lentilles minces convergentes et formation d'images
Une lentille convergente est une lentille bombée qui concentre les rayons lumineux vers un point appelé foyer. Elle peut former des images réelles ou virtuelles selon la position de l'objet.
Exemple
Une loupe est une lentille convergente : elle agrandit le texte en formant une image virtuelle. Un projecteur de cinéma utilise aussi une lentille convergente pour projeter une image réelle sur l'écran.
À retenir : La formule de conjugaison relie la distance objet, la distance image et la distance focale : $\frac{1}{f} = \frac{1}{d_o} + \frac{1}{d_i}$
Les points clés
- La célérité d'une onde dépend du milieu, pas de la source
- Diffraction et interférences sont des phénomènes typiquement ondulatoires
- La loi des nœuds et des mailles permettent de résoudre n'importe quel circuit
- Une lentille convergente a une distance focale positive
- L'image formée par une lentille dépend de la position de l'objet par rapport au foyer
L'essentiel
Les ondes transportent de l'énergie sans déplacer la matière, et leur comportement (diffraction, interférences) dépend de leur longueur d'onde et du milieu.
Exercices d'entraînement
Entraîne-toi sur ces exercices, puis fais-toi corriger pas à pas par le tuteur.
Exercice 1
Une onde sonore se propage dans l'air à 340 m/s. Sa fréquence est 1000 Hz. Calcule sa longueur d'onde.
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
Un objet est placé à 30 cm d'une lentille convergente de distance focale f = 10 cm. Calcule la distance de l'image et détermine si elle est réelle ou virtuelle.
Corrige cet exercice avec le tuteur →