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Chapitre 1 : Ondes et particules

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Thème Observer – Chapitre 1
Chapitre 1. Ondes et particules
I.
Quels sont les rayonnements dans l’Univers ?
1. Qu’est-ce qu’un rayonnement ?
Un rayonnement est une forme de transfert d’énergie. C’est par rayonnement que l’énergie solaire
parvient sur Terre.
Le rayonnement est un phénomène physique qui peut être décrit de manière particulaire par la
propagation de photons. Il peut aussi être décrit de manière ondulatoire par la propagation d’une onde
électromagnétique.
Le spectre des ondes électromagnétiques est composé d’une infinité de radiations. Chaque radiation est
caractérisée par sa longueur d’onde dans le vide 𝜆 ou par sa fréquence 𝜈.
Dans le vide, ces ondes se propagent à la vitesse 𝑐.
La relation entre ces trois grandeurs s’écrit :
𝑐
𝜈=
𝜆
Avec 𝑐 = ⋯
𝜈 s’exprime en …
𝜆 s’exprime en …
2. Quels sont les différents types de rayonnements ?
Le spectre des ondes électromagnétiques est découpé arbitrairement en divers domaines, représentés cidessous :
De nombreuses particules, principalement des protons et des noyaux d’hélium, circulent dans le vide
interstellaire. On parle d’astroparticules. Elles constituent le « rayonnement cosmique ».
3. Quelles sont les sources de rayonnements ?
Tous les objets célestes émettent des rayonnements dans divers domaines.
Exemples :
Les étoiles chaudes sont des sources de rayonnement ultraviolet ;
Les étoiles froides sont des sources de rayonnement infrarouge ;
Les nuages de gaz froids, galaxies, supernovae, le reste du Big Bang émettent des ondes radio.
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Thème Observer – Chapitre 1
4. Quel est l’effet de l’atmosphère terrestre sur ces rayonnements ?
Les divers rayonnements se propagent dans le vide et dans des milieux matériels. La plupart interagissent
avec la matière, notamment avec l’atmosphère. Les constituants de l’atmosphère :
- Absorbent certaines radiations, ce qui peut gêner les observations astronomiques. L’utilisation de
télescopes spatiaux permet de détecter les rayonnements qui ne parviennent pas jusqu’au sol ;
- Interagissent avec les astroparticules. Exemple : le Soleil envoie vers la Terre un flux de particules,
le vent solaire, qui est dévié vers les pôles par le champ magnétique terrestre. Ces particules
excitent les molécules présentes dans l'atmosphère. Celles-ci en se désexcitant produisent des
aurores boréales.
II.
Quelles sont les manifestations des ondes dans la matière ?
Contrairement aux ondes électromagnétiques, qui peuvent se propager dans le vide, certaines ondes se
propagent uniquement dans la matière. Ce sont des ondes mécaniques. Une onde mécanique transporte
de l’énergie.
Lors de sa propagation, elle peut avoir des effets importants :
- La houle est un mouvement ondulatoire qui se propage à la surface de la mer. Lors de tempêtes, la
houle peut être forte et ses effets peuvent être dévastateurs : inondations, digues et bâtiments
détruits, etc.
- Les ondes sismiques ; il en existe différents types (ondes P et S notamment) dont les vitesses de
propagation sont différentes. Les ondes sismiques peuvent causer des glissements de terrains, des
destructions de bâtiments, etc. La magnitude mesure l’énergie dégagée par un séisme, on utilise
souvent l’échelle de Richter pour indiquer la valeur de la magnitude.
- Les ondes sonores sont des ondes de compression et de dilatation du milieu dans lequel elles se
propagent.
Lorsqu’une telle onde se propage dans un gaz, les atomes et les molécules de ce gaz sont plus
proches les uns des autres dans certaines zones de l’espace ; la pression est alors plus élevée que la
pression moyenne de ce gaz (compression). Dans d’autres zones ils sont espacés ; la pression y est
plus faible (dilatation).
Lorsque la variation de la pression est très rapide et de grande amplitude, l’onde sonore devient
une onde de choc. Une telle onde peut être produite par un avion en vol supersonique
(franchissement du mur du son) ou par une explosion. Ses effets peuvent être importants : vitres
brisées, murs fissurés, etc.
III.
Comment détecter des ondes et des particules ?
Il existe de nombreux détecteurs d’ondes et de particules. Par exemple :
- L’enregistrement des ondes sismiques par des sismographes permet de localiser l’épicentre d’un
séisme ;
- La chambre à brouillard détecte des particules chargées comme les muons ;
- Le compteur Geiger détecte les particules émises lors de désintégrations radioactives.
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Thème Observer – Chapitre 1
Compétences à maîtriser pour le chapitre 1. Ondes
et particules
 Extraire et exploiter des informations sur
l’absorption
de
rayonnements
par
l’atmosphère terrestre et ses conséquences
sur
l’observation
des
sources
de
rayonnements dans l’Univers.
 Connaître des sources de rayonnements
radio, infrarouge, et ultraviolet.
Pour s’entraîner
Activité 1
Exercices 11 et 12 p.24
Exercice type bac p.28
Activité 3
Exercices 2, 4 et 5 p.22
Exercice type bac p.28
 Extraire et exploiter des informations sur les Activité 4
manifestations des ondes mécaniques dans Exercices 1, 2 et 5 p.40
la matière.
Exercice type bac p.46
 Extraire et exploiter des informations sur :
Activité 2
- Des sources d’ondes et de particules et Exercice 10 p.23
leur utilisation ;
Exercice 10 p.41
- Un dispositif de détection.
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