Fiche de cours

Les ondes sonores et les ondes électromagnétiques

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Objectif
Savoir différencier les ondes sonores des ondes électromagnétiques. Ces deux types d’ondes se ressemblent et sont à la fois très différentes. Comprendre pourquoi l’une a besoin de matière pour se déplacer et l’autre pas. Connaître les valeurs des vitesses du son et de la lumière dans l’air.
Toute onde est un phénomène de propagation d’une perturbation sans transport de matière. Ce phénomène présente, dans la plupart des cas, un caractère périodique.
1. Les ondes sonores
a. Domaine de fréquences:
Les ondes sonores sont émises par une source (voix humaine, instrument de musique, diapason) et mises en évidence par un récepteur tel que l’oreille humaine ou animale, un sonomètre. Elles sont caractérisées par leur fréquence. Elles se répartissent en 3 classes :


• Les infrasons ont une fréquence inférieure à 20 Hz. Ils sont audibles par certains animaux comme les éléphants qui leur permettent de communiquer.
• Les sons audibles par l’oreille humaine sont compris entre 20 Hz et 20 000 Hz. Les sons de basse fréquence sont les sons graves, les sons aigus sont des sons de haute fréquence.
• Les ultrasons ont des fréquences supérieures à 20 000 Hz. Ils sont audibles par les chauve-souris, les chats, les dauphins.
b. Mode de propagation :
Une onde sonore se propage comme une vibration de proche en proche par compression puis dilatation du milieu matériel dans lequel elle se trouve. (Ce milieu est soit solide, liquide ou gazeux).
Le son a donc besoin de matière pour se propager : il ne se propage pas dans le vide.
c. La vitesse de propagation :
La vitesse de propagation est donnée par la relation suivante :

v : vitesse de propagation de l'onde (m.s-1)
d : distance parcourue par l'onde (m)
Δt : durée de propagation de l'onde
 		(s)


Elle dépend du milieu matériel dans lequel l’onde sonore se propage :

Exemples :
v = 340 m.s-1 dans l’air.
v = 1500 m.s-1 dans l’eau.
2. Les ondes électromagnétiques
a. Domaine de fréquences
Les ondes électromagnétiques sont caractérisées également par leurs fréquences ou par leurs longueurs d’ondes. Les plus connues sont les ondes lumineuses visibles car l’œil humain est un récepteur de lumière sensible à certaines fréquences de l’ordre de 1014 Hz. Mais il existe d’autres ondes électromagnétiques invisibles à l’œil comme les Rayons X, les micro-ondes, les ondes radio.

 

b. Mode de propagation
Une onde électromagnétique se propage dans différents matériaux ou milieux comme l’air ou l’eau.
Mais à la différence de l’onde sonore, l'onde électromagnétique se propage dans le vide . Par conséquent, la lumière se propage également dans le vide et dans tout milieu transparent, homogène et en ligne droite : c’est la propagation rectiligne de la lumière.
c. La vitesse de propagation des ondes lumineuses
Elle est donnée par la même relation que pour les ondes sonores :

La vitesse de propagation d’une onde électromagnétique et donc de la lumière dans le vide ou dans l’air est notée c et vaut : c = 3×108 m.s-1 = 300 000 km/s
L'essentiel
Une onde est une vibration qui se propage sans transport de matière. On peut distinguer les ondes sonores qui ont besoin d’un milieu matériel pour se propager et les ondes électromagnétiques comme la lumière qui se propagent dans tout milieu transparent et homogène ainsi que dans le vide : c’est pourquoi, la lumière issue du soleil ou une onde radio relayée par un satellite nous parvient du vide interplanétaire.

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