Ondes sonores et lumineuses — Physique-Chimie 3eme | Précepteur Scolaire
Les ondes — son et lumiere — font partie du programme de 3eme en physique-chimie. Au brevet, les exercices portent sur la vitesse de propagation, la frequence, et les proprietes des signaux.
Les signaux sonores
Qu'est-ce qu'un son ?
Un son est une vibration qui se propage dans un milieu materiel (air, eau, solide). Sans matiere, pas de son — c'est pourquoi il n'y a pas de son dans l'espace (le vide).
La frequence
La frequence mesure le nombre de vibrations par seconde. Elle se note f et s'exprime en hertz (Hz).
Perception :
- Son grave : frequence basse (grosse caisse ≈ 50 Hz)
- Son aigu : frequence haute (sifflet ≈ 4000 Hz)
L'oreille humaine entend : de 20 Hz a 20 000 Hz
- En dessous de 20 Hz : infrasons (seismes, elephants)
- Au-dessus de 20 000 Hz : ultrasons (echographie, dauphins, chauves-souris)
Le niveau sonore
Le niveau sonore mesure l'intensite du son. Il s'exprime en decibels (dB).
| Niveau sonore | Exemple |
|---|---|
| 0 dB | Seuil d'audibilite |
| 30 dB | Chuchotement |
| 60 dB | Conversation |
| 80 dB | Rue bruyante |
| 100 dB | Concert |
| 120 dB | Seuil de douleur |
| 130+ dB | Danger immediat |
Risques : Au-dessus de 85 dB sur une duree prolongee, il y a risque de lesions auditives irreversibles.
La vitesse du son
Le son se propage a une vitesse qui depend du milieu :
| Milieu | Vitesse |
|---|---|
| Air (20°C) | 340 m/s |
| Eau | 1500 m/s |
| Acier | 5000 m/s |
Formule : v = d / t → d = v × t → t = d / v
Application : Calculer la distance d'un eclair. On voit l'eclair (lumiere quasi instantanee), puis on entend le tonnerre (son a 340 m/s). Si 3 secondes s'ecoulent : d = 340 × 3 = 1020 m ≈ 1 km.
Regle pratique : 3 secondes ≈ 1 km
Les signaux lumineux
La lumiere
La lumiere est un signal qui se propage en ligne droite dans un milieu homogene et transparent. Contrairement au son, la lumiere peut se propager dans le vide.
La vitesse de la lumiere
c = 3 × 10^8 m/s = 300 000 km/s
C'est la vitesse maximale dans l'univers. Rien ne peut aller plus vite.
L'annee-lumiere : distance parcourue par la lumiere en un an.
1 a.l. = 9,46 × 10^12 km ≈ 10 000 milliards de km
Exemple : L'etoile la plus proche (Proxima du Centaure) est a 4,2 annees-lumiere. Sa lumiere met 4,2 ans a nous parvenir — on la voit telle qu'elle etait il y a 4,2 ans.
Le spectre de la lumiere blanche
La lumiere blanche est composee de toutes les couleurs de l'arc-en-ciel. Un prisme ou un reseau peut la decomposer :
Rouge — Orange — Jaune — Vert — Bleu — Indigo — Violet
Au-dela du visible :
- Cote rouge : infrarouge (chaleur, telecommande)
- Cote violet : ultraviolet (soleil, coups de soleil)
Absorption et diffusion
- Un objet rouge absorbe toutes les couleurs sauf le rouge qu'il diffuse.
- Un objet blanc diffuse toutes les couleurs.
- Un objet noir absorbe toutes les couleurs.
Exercices types brevet
Exercice 1 : Un eclair est vu. Le tonnerre est entendu 6 secondes plus tard. A quelle distance a frappe la foudre ?
→ d = 340 × 6 = 2040 m ≈ 2 km
Exercice 2 : La Lune est a 384 000 km de la Terre. Combien de temps met la lumiere pour parcourir cette distance ?
→ t = d/v = 384 000 / 300 000 = 1,28 s
Exercice 3 : Un son a une frequence de 15 Hz. Peut-on l'entendre ?
→ Non. 15 Hz est inferieur a 20 Hz : c'est un infrason, inaudible pour l'oreille humaine.
Exercice 4 : Pourquoi n'y a-t-il pas de son dans l'espace ?
→ Le son a besoin d'un milieu materiel pour se propager. L'espace est constitue de vide, donc le son ne peut pas s'y propager.
Exercice 5 : Un objet vert est eclaire par une lumiere rouge. De quelle couleur apparait-il ?
→ Noir. L'objet ne diffuse que le vert, mais la lumiere rouge ne contient pas de vert. L'objet absorbe tout et ne renvoie rien.
Erreurs frequentes
- Dire que le son se propage dans le vide
- Confondre frequence (Hz) et niveau sonore (dB)
- Oublier de convertir km en m pour les calculs de vitesse
- Confondre annee-lumiere (distance) et annee (temps)
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Recois des exercices sur les ondes personnalises chaque soir sur WhatsApp. Précepteur Scolaire cible les notions a revoir pour le brevet. Essai gratuit sur [precepteur.net](https://precepteur.net).