Les ondes 1. QU EST QU UNE ONDE? C est une perturbation qui se propage sous forme d ondulations à travers la matière ou dans le vide. Lorsqu une onde est interrompue après une seule ondulation, on parle d impulsion. 2. LES CARACTÉRISTIQUES D UNE ONDE Graphique d une onde effectuant un cycle toutes les 0,2 secondes. Point d équilibre Point de l onde situé à égale distance du creux et de la crête Cycle Correspond à une impulsion. Un cycle est accompli lorsque le motif de l onde commence à se répéter. Creux Point le plus bas de l onde Crête Point le plus élevé de l onde Après le passage d une onde, toute matière rencontrée reprend sa position initiale. L énergie qui déplace momentanément la matière au passage d une onde est emportée avec cette dernière. Une onde s éloigne de sa source d émission et se propage dans tous les sens qui lui sont accessibles. 3. LES PROPRIÉTÉS QUALITATIVES D UNE ONDE Les propriétés qualitatives d une onde sont en lien avec la façon dont elle déplace la matière sur sa trajectoire. a) Les ondes transversales Une onde transversale déplace la matière perpendiculairement à son sens de propagation. b) Les ondes longitudinales Une onde longitudinale déplace la matière parallèlement à son sens de propagation. Synthèse Dossier 19 Page 1
>>> Dossier 519 >>> Synthèse Consolidation Corrigé 4. LES PROPRIÉTÉS QUANTITATIVES D UNE ONDE Propriétés Symboles Définitions Amplitude A Distance qui sépare le point d équilibre de la crête ou du creux Longueur d onde Fréquence f Nombre de cycles par seconde Vitesse de propagation v Distance qui sépare 2 cycles consécutifs Période T Temps requis pour effectuer un cycle complet Distance parcourue par unité de temps Unités de mesure Mètre (m) Mètre (m) Seconde (s) Hertz (Hz) Mètre par seconde (m/s) Équations (se référer à l illustration du n o 2 pour les exemples) Aucune A = 0,25 m Se calcule en soustrayant les positions de 2 crêtes ou de 2 creux consécutifs. = 1,75 m 0,75 m = 1,00 m Aucune T = 0,20 s Se calcule à partir de la période. f= 1 T f= 1 0,20 s f = 5,0 Hz Se calcule avec la longueur d onde et la période, ou avec la longueur d onde et la fréquence. v= T ou v = f v= 1,00 m 0,20 s v = 5,0 m/s ou v = 1,00 m 5,0 Hz Page 2 Dossier 19 Synthèse
5. LES TYPES D ONDES Ondes Déplacements Trajectoires Exemples Mécanique Électromagnétique Uniquement dans la matière Dans la matière et dans le vide Transversale : Déplace la matière perpendiculairement à son sens de propagation. Longitudinale : Déplace la matière parallèlement à son sens de propagation. Transversale : Perturbe la matière ou le vide perpendiculairement à son sens de propagation. Vague Son Lumière 6. LES ONDES SONORES Les ondes sonores sont des ondes mécaniques longitudinales. La vitesse du son dépend de la température et de la matière dans laquelle il se propage. Pour en trouver l amplitude, il suffit de mesurer la moitié d une zone de compression (voir illustration ci-dessous). Longueur d onde ( ) Amplitude (A) Zone de dilatation Cycle Zone de compression a) Les ondes sonores selon leur fréquence Infrasons Fréquences audibles par l humain Ultrasons Fréquences (Hz) Plus la fréquence d une onde sonore est élevée, plus le son est aigu. < 20 De 20 à 20 000 > 20 000 b) L échelle des décibels (db) Outil permettant de déterminer avec précision l intensité des sons, principalement ceux qui sont perçus par l oreille humaine. Pour chaque augmentation de 10 db, le son perçu est 10 fois plus intense (p. ex. : La voix humaine standard est de 60 db. Elle est donc 100 fois plus faible qu un son de 80 db.) Synthèse Dossier 19 Page 3
>>> Dossier 519 >>> Synthèse Consolidation Corrigé 7. LES ONDES ÉLECTROMAGNÉTIQUES Les ondes électromagnétiques sont des ondes transversales. Dans le vide, la vitesse de la lumière est de 3,00 10 8 m/s. Dans l air, sa vitesse ne diminue que légèrement ; on peut la considérer comme presque identique. On peut calculer la longueur d une onde électromagnétique à partir de sa fréquence : = v f Plus la fréquence d une onde électromagnétique est élevée, plus l onde transporte d énergie. Pour les ondes visibles, plus leur amplitude est élevée, plus l intensité de la lumière perçue est forte. Le spectre électromagnétique Outil classant les types d ondes électromagnétiques selon leur fréquence et leur longueur d onde. Produites au cours de réactions nucléaires et dangereuses pour l humain Utilisées en radiologie Violet Indigo Provoquent des coups de Soleil Permettent la vision (UV) Spectre de la lumière visible Bleu Vert Jaune Émises par des objets chauds (IR) Orange Rouge Utilisées par les fours à micro-ondes et les téléphones cellulaires Utilisées par les récepteurs radio et les téléviseurs Page 4 Dossier 19 Synthèse
8. L INTERACTION DE LA LUMIÈRE AVEC LA MATIÈRE a) La réflexion Phénomène qui se produit lorsque la lumière «rebondit» à la surface d un objet. Normale (N) Droite perpendiculaire à la surface réfléchissante Rayon incident Rayon lumineux qui atteint la surface réfléchissante Rayon réfléchi Rayon lumineux renvoyé par la surface réfléchissante i) Les types de réflexion La réflexion peut être diffuse ou spéculaire. Surface réfléchissante Types Définitions Exemples Diffuse Elle se produit lorsque des rayons lumineux atteignent une surface irrégulière. Les rayons sont alors dirigés dans plusieurs directions, de façon désordonnée. Spéculaire Elle se produit lorsque les rayons lumineux atteignent une surface lisse. Les rayons sont alors dirigés dans une direction unique. C est la réflexion spéculaire qui nous permet de voir des images. ii) Les lois de la réflexion spéculaire 1 re loi 2 e loi N Rayon réfléchi N Rayon incident Plan d incidence i r Le rayon incident, la normale et le rayon réfléchi sont tous dans le même plan. Surface réfléchissante Représentation d un miroir plan L angle du rayon incident (angle incident i ) est toujours égal à l angle du rayon réfléchi (angle de réflexion r ). Synthèse Dossier 19 Page 5
>>> Dossier 519 >>> Synthèse Consolidation Corrigé iii) Les propriétés des miroirs plans Propriété n o 1 : L objet et son image sont situés à égale distance de la surface réfléchissante du miroir. Propriété n o 2 : L image de l objet est de la même taille que l objet lui-même. b) La réfraction Phénomène qui se produit lorsque des rayons lumineux passent d une substance transparente à une autre, par exemple de l air au verre. Ils sont alors déviés et changent de direction. i) Les lentilles Objet transparent aux surfaces sphériques qui a la propriété de dévier les rayons lumineux. Les lentilles peuvent être convergentes ou divergentes. Types de lentilles Définitions Actions sur les rayons lumineux s Convergente Lentille dont les 2 surfaces sphériques sont bombées vers l extérieur Les rayons lumineux parallèles à l axe de la lentille sont déviés et convergent (se dirigent vers un point). Situé derrière la lentille, c est le point de rencontre des rayons parallèles à l axe de la lentille. Source Lentille Axe Divergente Lentille dont les 2 surfaces sphériques sont creusées vers l intérieur Les rayons lumineux parallèles à l axe de la lentille sont déviés et divergent (s éloignent les uns des autres). Situé devant la lentille, c est le point de rencontre du prolongement des rayons parallèles à l axe de la lentille qui sont déviés. Source Lentille Axe Page 6 Dossier 19 Synthèse
ii) Les rayons à travers les lentilles convergentes Lorsqu une image se forme à travers une lentille convergente, on distingue 3 principaux rayons : 1. Le rayon incident parallèle à l axe de la lentille Il est toujours dévié en direction du foyer situé de l autre côté de la lentille. 2. Le rayon incident qui traverse le foyer à l avant de la lentille Il est toujours dévié parallèlement à l axe de la lentille. 3. Le rayon incident dirigé vers le centre de la lentille Poursuit sa trajectoire sans être dévié. 9. LE FONCTIONNEMENT DE L ŒIL HUMAIN Les rayons lumineux qui rencontrent l œil sont réfractés, car ils traversent 4 milieux transparents différents : la cornée, l humeur aqueuse, le cristallin et l humeur vitrée. Pour faire sa mise au point, le cristallin change de forme (se bombe plus ou moins) en modifiant sa longueur focale. Cette modification automatique du cristallin se nomme accommodation. La longueur focale correspond à la distance qui sépare une lentille de son foyer. Synthèse Dossier 19 Page 7