Des signaux pour observer et communiquer en 4ème
Cours complet, points clés à retenir et exercices d'entraînement de des signaux pour observer et communiquer pour les élèves de 4ème. Conforme au programme officiel.
Réviser notion par notion
Ce que tu vas réviser
- Le son comme onde mécanique
- Ultrason et infra-son
- Applications des ondes (radar, échographie)
Le son comme onde mécanique
Le son est une vibration qui se propage dans un milieu (air, eau, solide). C'est une onde mécanique car elle a besoin d'un support matériel pour voyager, contrairement à la lumière.
Exemple
Quand tu tapes deux cailloux l'un contre l'autre sous l'eau, un nageur la tête immergée entend le bruit : le son se propage dans l'eau. Si tu criais dans le vide, personne n'entendrait rien.
À retenir : Le son est une onde mécanique qui se propage grâce aux vibrations du milieu dans lequel il voyage.
Fréquence et hauteur du son
La fréquence est le nombre de vibrations par seconde, mesurée en hertz (Hz). Plus la fréquence est élevée, plus le son est aigu ; plus elle est basse, plus le son est grave.
Exemple
Une flûte produit des sons aigus (jusqu'à environ 2 000 Hz) tandis qu'une grosse caisse produit des sons graves (fréquence basse, autour de 100 Hz).
À retenir : La fréquence détermine si un son est aigu ou grave.
Ultrasons et infrasons
Les ultrasons sont des ondes sonores avec une fréquence supérieure à 20 000 Hz (trop aigus pour l'oreille humaine). Les infrasons sont des ondes sonores avec une fréquence inférieure à 20 Hz (trop graves pour l'oreille humaine).
Exemple
Les chauves-souris émettent des ultrasons pour se repérer dans le noir. Les éléphants communiquent avec des infrasons que nous ne pouvons pas entendre.
À retenir : Les ultrasons et infrasons ne sont pas audibles par l'humain mais existent bel et bien.
Application : l'échographie médicale
L'échographie utilise des ultrasons pour créer des images à l'intérieur du corps. Les ultrasons rebondissent sur les organes et reviennent à un capteur qui les transforme en image sur un écran.
Exemple
Lors d'une grossesse, le médecin utilise l'échographie pour voir le bébé dans le ventre de la mère sans risque connu aux puissances utilisées en échographie.
À retenir : L'échographie permet de voir à l'intérieur du corps grâce aux ultrasons qui se réfléchissent sur les organes.
Application : le radar
Le radar émet des ondes électromagnétiques qui se réfléchissent sur les objets. En mesurant la durée entre l'émission et le retour de l'onde, on calcule la distance de l'objet. (Un appareil qui fonctionne sur le même principe avec des ondes sonores s'appelle un sonar.)
Exemple
Les radars des aéroports envoient des ondes qui se réfléchissent sur les avions : la durée de l'aller-retour de l'onde permet de calculer à quelle distance se trouve chaque avion.
À retenir : Le radar utilise la réflexion des ondes électromagnétiques pour détecter les objets et calculer leur distance.
Vitesse du son et distance
Le son se propage à une vitesse constante dans un milieu donné. Dans l'air à 20 °C, la vitesse du son est d'environ 340 m/s. La formule est : $v = \frac{d}{t}$ où v est la vitesse, d la distance et t le temps.
Exemple
Lors d'un orage, tu vois l'éclair avant d'entendre le tonnerre. Si le tonnerre arrive 3 secondes après l'éclair : la distance est $d = 340 \times 3 = 1020$ mètres.
À retenir : La vitesse du son est environ 340 m/s dans l'air et permet de calculer les distances.
Les points clés
- Le son est une onde mécanique qui nécessite un milieu matériel pour se propager
- La fréquence se mesure en hertz (Hz) et détermine si un son est aigu ou grave
- Les ultrasons (> 20 000 Hz) et infrasons (< 20 Hz) ne sont pas perceptibles par l'oreille humaine
- L'échographie utilise les ultrasons pour créer des images du corps sans risque connu
- Le radar détecte les objets grâce à la réflexion d'ondes électromagnétiques
- La vitesse du son dans l'air est environ 340 m/s : $v = \frac{d}{t}$
L'essentiel
Le son est une onde mécanique qui se propage par vibration ; ses propriétés (fréquence, vitesse) permettent des applications médicales et technologiques utiles.
Exercices d'entraînement
Entraîne-toi sur ces exercices, puis fais-toi corriger pas à pas par le tuteur.
Exercice 1
Un dauphin émet un ultrason qui rebondit sur un poisson. L'ultrason met 0,2 seconde pour faire l'aller-retour. À quelle distance se trouve le poisson ? (Vitesse du son dans l'eau : 1500 m/s)
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
Explique pourquoi une chauve-souris utilise les ultrasons pour se repérer alors que les humains ne le peuvent pas.
Corrige cet exercice avec le tuteur →