Résumé de cours

Signaux lumineux et sonores Physique-Chimie · 3e · Les Génies des Sciences · geniesdessciences.com

Ce résumé condense l’exigible du chapitre. Deux vitesses à connaître par cœur — $3 \times 10^8\ \text{m/s}$ pour la lumière, $340\ \text{m/s}$ pour le son — et un réflexe : penser à l’aller-retour dans les exercices d’écho.

Les signaux lumineux

Dans un milieu transparent et homogène (et dans le vide), la lumière se propage en ligne droite : c’est la propagation rectiligne, modélisée par le rayon lumineux. Elle explique les ombres et permet de viser, aligner, mesurer.

Une source primaire produit sa propre lumière (Soleil, lampe) ; un objet diffusé ne fait que renvoyer la lumière qu’il reçoit (Lune, page d’un livre).
La lumière se propage dans le vide — c’est ainsi que celle du Soleil nous parvient.

Les deux vitesses à connaître

$v_{\text{lumière}} = 3 \times 10^8\ \text{m/s} \qquad v_{\text{son}} = 340\ \text{m/s}$

La lumière : 300 000 km chaque seconde, quasi instantanée à notre échelle. Le son dans l’air : environ 1 km toutes les 3 s — d’où le retard du tonnerre sur l’éclair.

Les signaux sonores

Un son est produit par une vibration et a besoin d’un milieu matériel (air, eau, solide) pour se propager : pas de son dans le vide. Sa vitesse dépend du milieu : environ $340\ \text{m/s}$ dans l’air, $1500\ \text{m/s}$ dans l’eau.

Distance, vitesse et durée

$d = v \times t$

d en m, v en m/s, t en s. Pour un écho ou un sonar, le signal fait un aller-retour : la distance de l’obstacle vaut d ÷ 2.

L’année-lumière

L’année-lumière est la distance parcourue par la lumière dans le vide en une année, soit environ $9{,}5 \times 10^{15}\ \text{m}$ . Conséquence : voir une étoile à 4 années-lumière, c’est la voir telle qu’elle était il y a 4 ans — regarder loin, c’est regarder dans le passé.

Fréquence et sons audibles

La fréquence d’un son est le nombre de vibrations par seconde, en hertz ( $\text{Hz}$ ). Plus la fréquence est élevée, plus le son est aigu ; plus elle est basse, plus il est grave.

Infrasons : fréquence inférieure à $20\ \text{Hz}$ ;
sons audibles : entre $20\ \text{Hz}$ et $20\ 000\ \text{Hz}$ ;
ultrasons : fréquence supérieure à $20\ 000\ \text{Hz}$ — utilisés par le sonar, l’échographie, la chauve-souris.

Son et lumière servent à transporter des informations : sonar, échographie, fibre optique, ondes radio… c’est tout le sens du thème « des signaux pour observer et communiquer ».

Les pièges classiques

Les erreurs qui coûtent des points

Oublier de diviser par 2 dans les exercices d’écho et de sonar (le signal fait l’aller-retour !). Croire que l’année-lumière est une durée : c’est une distance. Confondre les vitesses : 340 m/s pour le son, 3 × 10⁸ m/s pour la lumière. Et penser qu’un son se propage dans le vide : impossible, il lui faut de la matière. Enfin, protège tes oreilles : les cellules auditives détruites ne repoussent jamais.

Exercices corrigés

Exercices — Signaux lumineux et sonores

4 exercices d'application avec corrigés détaillés : distance d'un orage, sonar et écho, année-lumière, fréquences et sons audibles.

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Quiz — Signaux lumineux et sonores

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