La fréquence, la longueur d onde et l amplitude

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1 NOM GROUPE DATE Les ondes La fréquence, la longueur d onde et l amplitude 1. Définition d onde la matière. S 55 1/2 Chapitre 3 L univers matériel Section 5 Les ondes, p. 294 à 298 Déformation qui se propage dans le vide ou dans un milieu contenant de 2. Tableau synthèse des types d ondes. Ondes mécaniques Ondes électromagnétiques Milieux dans lesquels ces ondes peuvent se propager Trois exemples Milieu matériel Vague, son, onde sismique Milieu matériel ou dans le vide Ondes radio, la lumière, les rayons UV Les types d ondes 3. a) Complétez le schéma suivant. b) Ce type d onde présente une déformation perpendiculaire à la direction dans laquelle elle se Onde transversale Crête propage. c) Donnez trois exemples de ce type d onde Les ondes électromagnétiques, les vagues et les secousses sismiques. Creux Direction de la propagation 4. a) Complétez le schéma suivant. b) Ce type d onde présente une déformation parallèle à la direction dans laquelle elle se propage. c) Donnez un exemple de ce type d onde Le son. Onde longitudinale Crête (compression) Creux (raréfaction) Direction de la propagation C106

2 NOM GROUPE DA TE S 55 2/2 Les caractéristiques d une onde 5. Nommez les quatre caractéristiques d une onde et la période. La longueur, la fréquence, l amplitude 6. Le schéma suivant constitue une représentation schématique d une onde. Complétez ce schéma en nommant les deux caractéristiques d une onde qu on peut identifier directement sur une représentation schématique. Longueur d onde 1 cycle 1 cycle Crête A B C Position d équilibre Amplitude Creux échelle 1 carré = 1 cm 7. Tableau synthèse des caractéristiques d une onde. Caractéristique et symbole Définition Formule Longueur d onde ( ) Distance, mesurée en unités dérivées du mètre, qui sépare deux déformations identiques. = Distance totale Nombre de cycles Fréquence (f) Nombre de déformations (ou cycles) produites par unité de temps, habituellement par seconde. f= Nombre de cycles Temps total Amplitude (A) Hauteur maximale, mesurée en unités dérivées du mètre, atteinte par l onde à partir de la position d équilibre. A = Hauteur maximale atteinte par l onde (mesurée avec une règle) Période (T) Temps, mesuré en secondes, Temps total T= nécessaire à l onde pour effectuer Nombre de cycles un cycle complet. 1 ou T = f C107

3 NOM GROUPE DATE L échelle des décibels 1. Pour que le son soit perçu par l oreille humaine, deux conditions sont nécessaires La vibration doit être assez rapide, c est-à-dire posséder une fréquence assez élevée située entre 16 Hz et Hz. L amplitude du son (aussi appelée «intensité sonore») doit se situer au-delà du seuil audible (au-dessus de 0 db). 2. a) L utilité de l échelle des décibels Elle est utilisée pour quantifier la force d un bruit, c est-à-dire son intensité. b) Définition de décibel Unité de mesure de l intensité sonore ou de l amplitude sonore. S 56 Chapitre 3 L univers matériel Section 5 Les ondes, p. 298 et 299 c) Symbole du décibel db 3. Au-delà de 80 db, une exposition prolongée aux bruits peut endommager l oreille de manière irréversible. 4. L échelle des décibels est de type logarithmique. Un ajout de 3 db double l intensité sonore. Par exemple, un son de 83 db est deux fois plus fort qu un son de 80 db. 5. L échelle des décibels. Nature des bruits db (A) Impressions subjectives Avion au décollage, explosion Marteau-piqueur Concert rock Baladeur à puissance maximale Moto Automobile Aspirateur Grand magasin Machine à laver Bureau tranquille Chambre à coucher Conversation à voix basse Vent dans les arbres Seuil d audibilité Douloureux Pénible Dérangeant Supportable Agréable Calme C108

4 NOM GROUPE DA TE Le spectre électromagnétique 1. Définition de spectre électromagnétique électromagnétique. S 57 Chapitre 3 L univers matériel Section 5 Les ondes, p. 300 à 303 Ensemble des rayonnements de nature 2. Selon leur longueur d onde et leur fréquence, les ondes électromagnétiques se classent en différentes catégories. 3. a) Plus la fréquence de l onde augmente, plus l onde est capable de transporter de grandes quantités d énergie. b) Exemple d ondes peu énergétiques et ayant une fréquence basse. Elles sont sans danger pour l être humain Les ondes radio. c) Exemple d ondes très énergétiques et ayant une fréquence élevée. Elles sont dangereuses pour l être humain Les rayons gammas. Les catégories d ondes électromagnétiques 4. Examinez le schéma suivant, puis remplissez le tableau. Grande longueur d onde Basse fréquence Petite longueur d onde Haute fréquence A B C D E F G Légende Catégories d ondes Utilités A B C D E F G Ondes radio Micro-ondes Infrarouges Lumière visible Ultraviolets Rayons X Rayons gamma Signaux radiophoniques et télévisuels Satellite, téléphone cellulaire, Internet, four à micro-ondes Incubateurs, systèmes de vision nocturne, télécommandes des appareils électroniques Elle fournit de l énergie aux plantes. Elle peut se transformer en électricité (panneaux solaires) et elle permet à l être humain de voir le monde qui l entoure. Bronzage de la peau, détecteurs de faux billets, néons qui émettent la «lumière noire» Radiographies Radiothérapie C109

5 NOM GROUPE DA TE La déviation des ondes lumineuses Les propriétés et le comportement de la lumière 1. Façon dont la lumière se propage La lumière se propage de façon rectiligne (en ligne droite) tant qu elle ne rencontre pas d obstacles et qu elle se diffuse dans un milieu homogène (tant qu elle reste dans un milieu qui possède la même composition). 2. Complétez le schéma suivant qui illustre le comportement de la lumière lorsqu elle rencontre un obstacle. Une partie de la lumière est absorbée. S 58 1/4 Chapitre 3 L univers matériel Section 5 Les ondes, p. 303 à 310 Une partie de la lumière est transmise. Une partie de la lumière est réfléchie. La réflexion 3. Définition de réflexion sur un obstacle. Phénomène par lequel les rayons lumineux rebondissent 4. Complétez le schéma ci-contre et le tableau ci-dessous. Rayon réfléchi r i Surface réfléchissante Rayon incident Angle de réflexion Angle d incidence Notion Rayon incident Rayon réfléchi Angle d incidence ( i ) Angle de réflexion ( r ) Définition Rayon qui frappe une surface réfléchissante. Rayon qui rebondit sur une surface réfléchissante et s en éloigne. Droite perpendiculaire à la surface réfléchissante. Elle se situe là où le rayon incident frappe la surface. Angle formé par le rayon incident et la normale. Angle formé par le rayon réfléchi et la normale. C110

6 NOM GROUPE DATE S 58 2/4 5. Les deux lois de la réflexion. 1 re loi Le rayon incident, la normale et le rayon réfléchi sont tous trois situés dans le même plan. 2 e loi L angle de réflexion r, formé par le rayon réfléchi et la normale, est toujours égal à l angle d incidence i, formé par le rayon incident et la normale. La formation de l image produite par un miroir plan 6. Définition de miroir plan Symbole utilisé pour représenter un miroir plan Miroir dont la surface n est pas courbée. 7. L image d un objet dans un miroir plan est créée à l intersection du prolongement des rayons lumineux réfléchis par le miroir. En fait, elle n existe pas en réalité ; elle résulte d une construction du cerveau. On qualifie une telle image de «virtuelle». Les caractéristiques de l image virtuelle créée par la réflexion d un objet dans un miroir plan Elle a la même taille et la même forme que l objet réel. Elle semble être à la même distance (derrière le miroir) que l objet réel situé devant le miroir. Elle est inversée selon un plan gauche-droite par rapport à l objet réel. Le tracé de l image virtuelle obtenue avec un miroir plan 8. Suivez les étapes décrites dans l encadré ci-dessous pour déterminer la position de l image virtuelle de l objet représenté. Étapes à suivre pour déterminer la position d une image virtuelle Pour déterminer la position d une image virtuelle obtenue avec un miroir plan, il faut effectuer une symétrie de l objet. a) À partir de points stratégiques de l objet, tracer des droites perpendiculaires à la surface du miroir. b) De l autre côté du miroir, reporter la distance séparant les points de l objet du miroir. c) Procéder ainsi pour tous les points de l objet afin de construire l image virtuelle. Note On peut prolonger le miroir pour les objets qui ne sont pas situés entièrement devant celui-ci. B D A C E D I B I E I A I C I C111

7 NOM GROUPE DA TE S 58 3/4 Le tracé des rayons lumineux réfléchis par le miroir à partir de l image virtuelle 9. Suivez les étapes décrites dans l encadré ci-dessous pour tracer les rayons réfléchis parvenant à l observateur. Étapes à suivre pour tracer les rayons réfléchis parvenant à l observateur a) Tracer les rayons lumineux qui proviennent de l image et qui se rendent jusqu à l observateur. Il faut bien distinguer sur le schéma les rayons réels (situés devant le miroir) et le prolongement des rayons (situés derrière le miroir). b) Terminer le dessin en traçant les rayons qui proviennent de l objet et qui se rendent au miroir. Automatiquement, les rayons seront réfléchis en respectant le bon angle de réflexion. Note Il faut faire bien attention au sens des rayons lumineux. Ces derniers proviennent de l objet et sont réfléchis vers le miroir en direction de l observateur. La réfraction 10. Définition de réfraction Phénomène par lequel les rayons sont déviés lorsqu ils passent d un milieu translucide à un autre milieu translucide qui ne possède pas la même masse volumique. 11. a) Nom donné aux milieux qui possèdent la capacité de faire dévier les rayons lumineux Milieux réfringents. b) Donnez trois exemples de tels milieux L eau, le verre, le plastique, le diamant, l huile. 12. Raison pour laquelle la lumière dévie lorsqu elle change de milieu. La lumière dévie parce qu elle change de vitesse 13. Types de milieux dans lesquels la lumière se propage moins vite une masse volumique élevée. Les milieux ayant 14. Complétez le schéma suivant et le tableau de la page suivante. Angle d incidence Rayon incident i Air Verre r Rayon réfracté C112 Angle de réfraction

8 NOM GROUPE DATE S 58 4/4 Notion Rayon incident Rayon réfracté Angle d incidence ( i ) Angle de réfraction ( r ) Définition Rayon qui frappe la surface d un milieu réfringent. Rayon qui pénètre dans le milieu réfringent et est dévié de sa trajectoire. Droite perpendiculaire à la surface du milieu réfringent et qui se situe au point d impact où le rayon incident frappe la surface. Angle formé par le rayon incident et la normale. Angle formé par le rayon réfracté et la normale. La prédiction de la trajectoire du rayon lumineux réfracté 15. a) Lorsque la lumière passe d un milieu à un autre milieu ayant une masse volumique plus élevée, elle dévie toujours en direction de la normale. Air i Par exemple, la déviation d un rayon lumineux qui passe de l air à l eau. Eau r Dévie vers la normale b) Lorsque la lumière passe d un milieu à un autre milieu ayant une masse volumique moins élevée, elle dévie toujours en direction opposée à la normale. Par exemple, la déviation d un rayon lumineux qui passe de l eau à l air. Air Eau i r S éloigne de la normale Rayons lumineux réfractés c) L angle de réfraction sera d autant plus grand si la différence de densité des milieux est très prononcée et si l angle d incidence est plus grand. Cependant, à partir d un certain angle d incidence, les rayons lumineux sont réfléchis au lieu d être réfractés. Rayons lumineux réfléchis C113

9 NOM GROUPE DA TE Le foyer d une lentille S 59 Chapitre 3 L univers matériel Section 5 Les ondes, p. 310 à Définition de lentille Élément incurvé fabriqué à partir d une matière translucide comme le verre ou le plastique et qui fait dévier les rayons lumineux qui le traversent. 1/3 2. Applications des lentilles Les lentilles sont utilisées dans les microscopes, les appareils photo, les télescopes et les verres correcteurs. 3. Les lentilles se classent en deux catégories selon leur effet sur les rayons lumineux les lentilles convergentes et les lentilles divergentes. Les lentilles convergentes 4. Une lentille convergente fait en sorte que les rayons lumineux qui la traversent se rapprochent. 5. Les lentilles convergentes peuvent avoir plusieurs formes, mais elles ont toutes au moins un côté convexe (bombé vers l extérieur). 6. Les trois formes de lentilles convergentes a) Une lentille biconvexe. b) Une lentille plan-convexe. c) Un ménisque convergent. 7. Les rayons qui traversent une lentille convergente sont déviés vers l axe de la lentille (ils s en approchent). On dit que les rayons convergent vers l axe de la lentille et plus précisément vers un point précis sur cet axe qu on nomme foyer de la lentille. C114

10 NOM GROUPE DATE S 59 2/3 8. Le schéma suivant présente deux types de lentilles convergentes. Complétez-le en indiquant la trajectoire des rayons lumineux. Foyer de la lentille Axe optique de la lentille Foyer de la lentille Axe optique de la lentille 9. Plus la courbure d une lentille convergente est prononcée, plus le foyer se rapproche de la lentille et plus les rayons convergent rapidement. Les lentilles divergentes 10. Une lentille divergente fait en sorte que les rayons lumineux qui la traversent s éloignent. 11. Les lentilles divergentes peuvent avoir plusieurs formes, mais elles ont toutes au moins un côté concave (bombé vers l intérieur). 12. Les trois formes de lentilles divergentes a) Une lentille biconcave. b) Une lentille plan-concave. c) Un ménisque divergent. 13. Les rayons qui traversent une lentille divergente sont déviés de l axe de la lentille (ils s en éloignent). On dit qu ils divergent de cet axe. Lorsqu on trace le prolongement de l axe, on remarque que les rayons semblent tous provenir d un point situé sur l axe de la lentille et devant celle-ci. Il s agit du foyer de la lentille. C115

11 NOM GROUPE DA TE S 59 3/3 14. Le schéma suivant présente deux types de lentilles divergentes. Complétez-le en indiquant la trajectoire des rayons lumineux. Foyer de la lentille Axe optique de la lentille Foyer de la lentille Axe optique de la lentille 15. Plus la courbure d une lentille divergente est prononcée, plus le foyer se rapproche de la lentille et plus les rayons divergent rapidement. C116