Ondes et signaux en 2nde
Cours complet, points clés à retenir et exercices d'entraînement de ondes et signaux pour les élèves de 2nde. Conforme au programme officiel.
Réviser notion par notion
Ce que tu vas réviser
- Émission et perception d'un son : fréquence, période, amplitude
- Signaux lumineux : propagation rectiligne, vitesse de la lumière
- Lentilles minces convergentes : foyer, image, distance focale
- Signaux électriques : tension, intensité, loi d'Ohm
Fréquence et période d'un son
La fréquence est le nombre de vibrations par seconde, mesurée en Hertz (Hz). La période est le temps d'une vibration complète. Ce sont deux grandeurs inversement proportionnelles.
Exemple
Un diapason qui vibre 440 fois par seconde a une fréquence de 440 Hz et produit la note LA. Plus un instrument vibre vite, plus le son est aigu.
À retenir : La fréquence et la période sont liées par la formule $f = \frac{1}{T}$ où f est en Hz et T en secondes.
Amplitude d'une onde sonore
L'amplitude est la hauteur maximale de l'oscillation d'une onde. Elle détermine l'intensité du son : plus l'amplitude est grande, plus le son est fort.
Exemple
Quand tu cries, tes cordes vocales vibrent avec une grande amplitude, ce qui produit un son intense. Quand tu chuchotes, l'amplitude est faible.
À retenir : L'amplitude d'une onde détermine son intensité : plus elle est grande, plus le signal est puissant.
Propagation rectiligne de la lumière
La lumière se propage en ligne droite dans un milieu homogène et transparent. Elle voyage en ligne droite jusqu'à rencontrer un obstacle ou un changement de milieu.
Exemple
Un rayon laser qui traverse une pièce sombre forme une ligne droite. Les ombres nettes que tu vois au soleil prouvent que la lumière ne se courbe pas autour des objets.
À retenir : La lumière se propage toujours en ligne droite dans un milieu transparent et homogène.
Vitesse de la lumière
La lumière se propage à une vitesse constante dans le vide : environ 300 000 km/s. C'est la vitesse maximale de l'univers et elle est notée c.
Exemple
Quand tu vois un éclair, tu le vois instantanément, mais le tonnerre arrive quelques secondes après car le son est beaucoup plus lent que la lumière.
À retenir : La vitesse de la lumière dans le vide est $c = 3 \times 10^8$ m/s, soit 300 000 km/s.
Lentilles minces convergentes
Une lentille convergente est une lentille bombée qui concentre les rayons lumineux vers un point appelé foyer. Elle peut former des images agrandies ou réduites selon la position de l'objet.
Exemple
Une loupe est une lentille convergente qui agrandit les petits objets. Les objectifs de microscopes et d'appareils photo sont aussi des lentilles convergentes.
À retenir : Une lentille convergente concentre les rayons lumineux au foyer, situé à une distance appelée distance focale.
Foyer et distance focale
Le foyer est le point où convergent tous les rayons lumineux parallèles après avoir traversé une lentille convergente. La distance focale est la distance entre le centre de la lentille et le foyer.
Exemple
Avec une loupe au soleil, tu peux concentrer les rayons en un point très chaud : c'est le foyer. La distance entre la loupe et ce point est la distance focale.
À retenir : La distance focale f est la distance du centre de la lentille au foyer, notée en centimètres ou millimètres.
Formation d'une image par une lentille
Une lentille convergente forme une image d'un objet. Selon la position de l'objet, l'image peut être réelle ou virtuelle, agrandie ou réduite, droite ou inversée.
Exemple
Un appareil photo utilise une lentille convergente pour former une image réelle et inversée du paysage sur le capteur. Une loupe forme une image virtuelle, droite et agrandie.
À retenir : La position et la taille de l'image dépendent de la distance entre l'objet et la lentille par rapport à la distance focale.
Tension électrique
La tension électrique est la différence de potentiel entre deux points d'un circuit. Elle se mesure en volts (V) avec un voltmètre branché en parallèle.
Exemple
Une pile AA fournit une tension de 1,5 V. Le secteur de ta maison fournit 230 V. Plus la tension est élevée, plus l'énergie disponible est grande.
À retenir : La tension se mesure en volts (V) et représente l'énergie fournie par source électrique.
Intensité du courant électrique
L'intensité du courant est la quantité de charge électrique qui traverse une section du circuit par unité de temps. Elle se mesure en ampères (A) avec un ampèremètre branché en série.
Exemple
Une ampoule LED consomme environ 0,1 A, tandis qu'un radiateur électrique peut consommer 10 A. Plus l'intensité est forte, plus le dipôle consomme d'énergie.
À retenir : L'intensité du courant se mesure en ampères (A) et représente le débit de charges électriques.
Loi d'Ohm
La loi d'Ohm établit une relation entre la tension, l'intensité et la résistance d'un dipôle ohmique. Elle permet de calculer l'une de ces grandeurs si on connaît les deux autres.
Exemple
Si tu appliques une tension de 12 V aux bornes d'une résistance de 4 ohms, l'intensité sera de 3 A. Si tu augmentes la tension, l'intensité augmente proportionnellement.
À retenir : La loi d'Ohm s'écrit $U = R \times I$ où U est en volts, R en ohms et I en ampères.
Les points clés
- La fréquence et la période sont inversement proportionnelles : $f = \frac{1}{T}$
- L'amplitude détermine l'intensité du son ou de l'onde lumineuse
- La lumière se propage en ligne droite dans un milieu homogène à la vitesse $c = 3 \times 10^8$ m/s
- Une lentille convergente concentre les rayons au foyer situé à la distance focale f
- La loi d'Ohm relie tension, intensité et résistance : $U = R \times I$
- La tension se mesure en volts et l'intensité en ampères
L'essentiel
Les ondes et signaux (son, lumière, électricité) se caractérisent par des grandeurs mesurables comme la fréquence, l'amplitude, la tension et l'intensité, qui obéissent à des lois physiques précises.
Exercices d'entraînement
Entraîne-toi sur ces exercices, puis fais-toi corriger pas à pas par le tuteur.
Exercice 1
Un son a une fréquence de 250 Hz. Calcule sa période en millisecondes. Explique ce que cela signifie physiquement.
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
Un circuit électrique contient une résistance de 20 ohms. On mesure une intensité de 0,5 A. Calcule la tension aux bornes de la résistance.
Corrige cet exercice avec le tuteur →