Les signaux sonores et lumineux en 3eme — vitesse du son, frequence, lumiere
Le son et la lumiere sont deux types de signaux tres differents dans leur nature et leur propagation. Au brevet, on teste ta capacite a distinguer ces deux phenomenes et a utiliser les formules associees.
Le signal sonore
Nature du son
Le son est une vibration mecanique qui se propage dans un milieu materiel (air, eau, solide). Il ne peut pas se propager dans le vide.
Le son est produit par la vibration d'un corps (corde de guitare, membrane de haut-parleur, cordes vocales) qui met les molecules du milieu en vibration.
La frequence
La frequence f mesure le nombre de vibrations par seconde. Elle s'exprime en hertz (Hz).
- Plus la frequence est elevee, plus le son est aigu.
- Plus la frequence est basse, plus le son est grave.
Domaines de frequence :
| Domaine | Frequences | Perception |
|---|---|---|
| Infrasons | < 20 Hz | Non percu par l'oreille humaine |
| Sons audibles | 20 Hz - 20 000 Hz | Percu par l'oreille humaine |
| Ultrasons | > 20 000 Hz | Non percu (mais utilise en echographie, sonar) |
La vitesse du son
La vitesse du son dans l'air a 20°C est d'environ 340 m/s.
Elle varie selon le milieu :
- Dans l'eau : ~1500 m/s
- Dans l'acier : ~5000 m/s
Le son se propage plus vite dans les solides et les liquides que dans les gaz.
Formule de la distance : d = v × t
- d = distance en metres
- v = vitesse en m/s
- t = temps en secondes
L'intensite sonore et le niveau sonore
L'intensite est mesuree en decibels (dB). Au-dela de 85 dB sur une longue duree, le risque de surdite augmente. Un bruit de 120 dB est douloureux.
Le signal lumineux
Nature de la lumiere
La lumiere est une onde electromagnetique. Elle peut se propager dans le vide (contrairement au son).
La vitesse de la lumiere
Dans le vide : c = 3 × 10^8 m/s (300 000 km/s). C'est la vitesse maximale dans l'univers.
Dans l'air : quasiment identique.
Dans l'eau ou le verre : plus lente (c'est ce qui cause la refraction).
Le spectre visible
La lumiere blanche est composee de toutes les couleurs. Un prisme ou la pluie (arc-en-ciel) decompose la lumiere en son spectre :
Violet - Indigo - Bleu - Vert - Jaune - Orange - Rouge
La frequence la plus elevee : violet (ondes courtes).
La frequence la plus basse : rouge (ondes longues).
En dehors du visible :
- Ultraviolet (UV) : au-dela du violet, invisible, peut bruler la peau.
- Infrarouge (IR) : en-deca du rouge, invisible, ressenti comme de la chaleur.
Les differences fondamentales son/lumiere
| Son | Lumiere | |
|---|---|---|
| Nature | Vibration mecanique | Onde electromagnetique |
| Milieu | Materiel obligatoire | Vide possible |
| Vitesse dans l'air | 340 m/s | 3 × 10^8 m/s |
| Vide | Impossible | Possible |
Exercices types brevet
Exercice 1 : Un eclair est observe. Le tonnerre est entendu 4 secondes apres. A quelle distance se trouve l'orage ? (v son = 340 m/s)
d = v × t = 340 × 4 = 1360 m = 1.36 km
Exercice 2 : Un son a une frequence de 440 Hz. Est-il audible pour un humain ? Grave ou aigu ?
440 Hz est dans la plage 20-20000 Hz → audible. 440 Hz = La (note de musique) → aigu relativement.
Exercice 3 : Pourquoi lors d'un feu d'artifice, on voit l'eclair avant d'entendre la detonation ?
La lumiere se propage a 3 × 10^8 m/s, le son seulement a 340 m/s. La lumiere arrive donc bien avant le son.
Recois des exercices personnalises chaque soir sur WhatsApp. Essai gratuit sur precepteur.net