Ondes — sons et lumière en 4ème
Cours complet, points clés à retenir et exercices d'entraînement de ondes — sons et lumière pour les élèves de 4ème. Conforme au programme officiel.
Réviser notion par notion
Ce que tu vas réviser
- Notion d'onde (mécanique, électromagnétique)
- Fréquence, période, longueur d'onde
- Spectre électromagnétique
- Le son comme onde mécanique
- Ultrason et infra-son
- Applications des ondes (radar, échographie)
Qu'est-ce qu'une onde ?
Une onde est la propagation d'une perturbation dans un milieu. Elle transporte de l'énergie d'un point à un autre sans déplacer la matière elle-même.
Exemple
Quand tu jettes une pierre dans l'eau, des cercles se forment et s'éloignent : c'est une onde. Le son qui sort d'une enceinte est aussi une onde qui se propage dans l'air.
À retenir : Une onde transporte de l'énergie, pas de matière.
Ondes mécaniques et électromagnétiques
Les ondes mécaniques ont besoin d'un milieu pour se propager (eau, air, solide). Les ondes électromagnétiques n'en ont pas besoin et peuvent voyager dans le vide.
Exemple
Le son est une onde mécanique : il ne peut pas se propager dans l'espace vide. La lumière est une onde électromagnétique : elle traverse le vide pour nous venir du Soleil.
À retenir : Son = onde mécanique ; Lumière = onde électromagnétique.
Période et fréquence d'une onde
La période (T) est le temps pour qu'une onde fasse un cycle complet. La fréquence (f) est le nombre de cycles par seconde. Elles sont liées par la formule : $f = \frac{1}{T}$
Exemple
Si une corde vibre 10 fois par seconde, sa fréquence est 10 Hz et sa période est 0,1 seconde. Un cœur qui bat 60 fois par minute a une fréquence de 1 Hz.
À retenir : Fréquence = nombre de vibrations par seconde, mesurée en Hertz (Hz).
Longueur d'onde
La longueur d'onde (λ) est la distance entre deux points identiques d'une onde qui se répètent. Elle dépend de la vitesse de propagation et de la fréquence : $\lambda = \frac{v}{f}$
Exemple
Les vagues de l'océan ont une longueur d'onde de plusieurs mètres. La lumière rouge a une longueur d'onde d'environ 700 nanomètres, beaucoup plus petite.
À retenir : Plus la fréquence est grande, plus la longueur d'onde est petite.
Le son comme onde mécanique
Le son est une onde mécanique créée par les vibrations d'un objet. Il se propage dans l'air, l'eau ou les solides en faisant vibrer les molécules.
Exemple
Quand un tambour vibre, il fait vibrer l'air autour de lui. Ces vibrations arrivent à ton oreille et tu entends le son. Plus l'objet vibre vite, plus le son est aigu.
À retenir : Le son se propage par vibration des molécules du milieu.
Ultrason et infrason
Les ultrasons sont des sons avec une fréquence très élevée (au-dessus de 20 000 Hz) que l'oreille humaine ne peut pas entendre. Les infra-sons ont une fréquence très basse (en dessous de 20 Hz) et sont aussi inaudibles.
Exemple
Les chauves-souris utilisent les ultrasons pour se repérer. Les éléphants communiquent avec les infra-sons. Un chien peut entendre les ultrasons d'un sifflet que tu ne perçois pas.
À retenir : L'oreille humaine entend entre 20 Hz et 20 000 Hz.
Spectre électromagnétique
Le spectre électromagnétique est l'ensemble de toutes les ondes électromagnétiques, classées par fréquence ou longueur d'onde : ondes radio, micro-ondes, infrarouge, lumière visible, ultraviolet, rayons X, rayons gamma.
Exemple
La lumière visible (celle que tu vois) n'est qu'une petite partie du spectre. Les rayons X servent à voir les os, les micro-ondes chauffent la nourriture, les ondes radio transmettent la radio et la télévision.
À retenir : La lumière visible est au centre du spectre électromagnétique.
Applications : radar et échographie
Le radar utilise des ondes électromagnétiques pour détecter des objets lointains. L'échographie utilise des ultrasons pour voir à l'intérieur du corps sans danger.
Exemple
Les radars des avions détectent les autres avions et les tempêtes. L'échographie permet aux médecins de voir un bébé dans le ventre de sa mère ou de vérifier un organe malade.
À retenir : Radar = ondes électromagnétiques ; Échographie = ultrasons.
Les points clés
- Une onde transporte de l'énergie sans déplacer la matière.
- La fréquence et la période sont inversement proportionnelles.
- Le son est une onde mécanique qui a besoin d'un milieu pour se propager.
- L'oreille humaine entend les sons entre 20 Hz et 20 000 Hz.
- La lumière est une onde électromagnétique qui peut se propager dans le vide.
- Le spectre électromagnétique comprend les ondes radio, la lumière visible, les rayons X et bien d'autres.
- Les ultrasons et infra-sons sont inaudibles pour l'homme mais utilisés en technologie.
L'essentiel
Une onde est la propagation d'une perturbation qui transporte de l'énergie ; elle est caractérisée par sa fréquence, sa période et sa longueur d'onde.
Exercices d'entraînement
Entraîne-toi sur ces exercices, puis fais-toi corriger pas à pas par le tuteur.
Exercice 1
La lumière du Soleil parcourt la distance Terre-Soleil en environ 8 minutes et 20 secondes. La distance Terre-Soleil est d'environ 150 millions de kilomètres. Quelle est la célérité de la lumière dans le vide en km/s ? Expliquez quel type d'onde est la lumière.
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
Un son est produit par la vibration d'une corde de guitare. Est-ce que le son est une onde mécanique ou une onde électromagnétique ? Justifiez votre réponse.
Corrige cet exercice avec le tuteur →