Phénomènes ondulatoires en Terminale
Cours complet, points clés à retenir et exercices d'entraînement de phénomènes ondulatoires pour les élèves de Terminale. Conforme au programme officiel.
Réviser notion par notion
Ce que tu vas réviser
- Intensité sonore et niveau en décibels
- Effet Doppler acoustique et électromagnétique
- Diffraction d'une onde par une ouverture
- Interférences constructives et destructives, fentes d'Young
Intensité sonore et niveau en décibels
L'intensité sonore mesure la puissance de l'onde sonore par unité de surface. Le niveau en décibels (dB) est une échelle logarithmique qui compare cette intensité à une référence, permettant de mieux représenter la perception humaine du son.
Exemple
Un concert de rock produit environ 110 dB, tandis qu'une conversation normale est autour de 60 dB. Bien que 110 soit seulement 1,8 fois plus grand que 60, le concert est perçu comme beaucoup plus fort.
À retenir : Le niveau en décibels se calcule par $L = 10 \log_{10}(I/I_0)$ où $I_0 = 10^{-12}$ W/m² est le seuil d'audition.
Effet Doppler acoustique
L'effet Doppler acoustique est le changement de fréquence d'une onde sonore perçu par un observateur quand la source ou l'observateur se déplace. La fréquence augmente si on se rapproche, diminue si on s'éloigne.
Exemple
Quand une ambulance s'approche, sa sirène semble plus aiguë (fréquence plus haute). Quand elle s'éloigne, le son devient plus grave (fréquence plus basse).
À retenir : La fréquence observée est $f' = f \times \frac{v + v_{obs}}{v - v_{source}}$ où v est la vitesse du son.
Effet Doppler électromagnétique
L'effet Doppler électromagnétique s'applique aux ondes lumineuses. Quand une source lumineuse se rapproche, la longueur d'onde diminue (décalage vers le bleu). Quand elle s'éloigne, la longueur d'onde augmente (décalage vers le rouge).
Exemple
Les astronomes observent un décalage vers le rouge de la lumière des galaxies lointaines, ce qui prouve qu'elles s'éloignent de nous. C'est une preuve de l'expansion de l'univers.
À retenir : Pour les vitesses non relativistes : $\Delta f / f \approx v/c$ où c est la vitesse de la lumière.
Diffraction d'une onde par une ouverture
La diffraction est le phénomène par lequel une onde contourne un obstacle ou s'étale après avoir traversé une ouverture. Plus l'ouverture est petite, plus la diffraction est importante.
Exemple
Quand tu écoutes de la musique provenant d'une autre pièce, tu entends le son même si tu ne vois pas le haut-parleur, car les ondes sonores se diffractent à travers la porte.
À retenir : L'angle de diffraction est approximativement $\theta \approx \lambda / a$ où λ est la longueur d'onde et a la largeur de l'ouverture.
Interférences constructives et destructives
Quand deux ondes se superposent, elles interfèrent. L'interférence est constructive si les ondes sont en phase (amplitudes s'ajoutent), destructive si elles sont en opposition de phase (amplitudes s'annulent).
Exemple
Dans un casque anti-bruit, un microphone capte le bruit ambiant et génère une onde en opposition de phase pour l'annuler par interférence destructive.
À retenir : Interférence constructive : différence de marche = $k\lambda$ (k entier). Interférence destructive : différence de marche = $(k + 1/2)\lambda$.
Fentes d'Young et figure d'interférence
L'expérience des fentes d'Young consiste à faire passer une onde lumineuse à travers deux fentes proches. Les ondes diffractées interfèrent et créent une figure de franges alternées claires et sombres.
Exemple
Quand tu observes la lumière d'une lampe à travers deux fentes très proches, tu vois des bandes claires et sombres sur un écran. Les bandes claires correspondent aux interférences constructives.
À retenir : La distance entre deux franges brillantes consécutives est $\Delta y = \lambda D / d$ où D est la distance écran-fentes et d la distance entre les fentes.
Les points clés
- L'échelle des décibels est logarithmique : une augmentation de 10 dB correspond à une multiplication par 10 de l'intensité sonore
- L'effet Doppler s'applique à tous les types d'ondes (son, lumière) et dépend du mouvement relatif source-observateur
- La diffraction est plus importante pour les petites ouvertures et les grandes longueurs d'onde
- Deux ondes interfèrent constructivement ou destructivement selon leur différence de phase
- Les fentes d'Young démontrent la nature ondulatoire de la lumière par la création de franges d'interférence
L'essentiel
Les phénomènes ondulatoires (diffraction, interférence, effet Doppler) sont des propriétés universelles de toutes les ondes et permettent de comprendre comment les ondes se comportent dans l'espace et le temps.
Exercices d'entraînement
Entraîne-toi sur ces exercices, puis fais-toi corriger pas à pas par le tuteur.
Exercice 1
Un son de 60 dB est-il deux fois plus intense qu'un son de 50 dB ? Justifiez mathématiquement votre réponse.
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
Comment l'effet Doppler radar permet-il de mesurer la vitesse d'un véhicule ?
Corrige cet exercice avec le tuteur →