Exo7. Longueurs d`ondes dans l`eau : Calculer la valeur des

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A retenir :
Les sons ne se propagent pas dans le ……………… vson (air à 20 °C) ≈ …………..
………………… sons audibles par l’homme …………………..
f (Hz)
…………. …………….
a. Complément (pour les zicos…entre autres) : qualité physiologique d’une onde sonore
On ne ressent pas le même effet quand on entend une mélodie jouée à l’orgue ou à la flûte : la première présente un caractère de
solennité alors que la seconde donne une impression de légèreté. Et pourtant ce sont les mêmes notes jouées. Les quelques
expériences suivantes vont…
Animations : http://surendranath.tripod.com/Applets.html cliquer sur « Applet Menu » puis « Waves » puis « Harmonics » ou « Beats »

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Rem1 : sur les figures 23. a et b. la fréquence observée correspond à la note fondamentale. Si l’onde est simple (belle sinusoïde) le
son est pauvre (diapason) car composé d’une seule fréquence. Si le son est riche, l’onde est complexe (instrument de musique) car
composée de plusieurs fréquences (la fondamentale et les différents harmoniques de fréquences multiples entiers de la fondamentale)
ce qui a pour effet d’ « amocher » la sinusoïde.
Rem2 : le synthétiseur et la musique sur ordinateur…
D’après le théorème de Fourier (cf paragraphe II.1), on peut toujours reconstituer un son complexe (plusieurs fréquences) en ajoutant
des sons simples (une seule fréquence). C’est précisément ce que réalise un synthétiseur ou un ordinateur, qui peut ainsi « imiter »
différents instruments de musique. Cependant, il n’y arrive pas parfaitement (et heureusement pour les musiciens traditionnels !) car
ce qui est très difficile d’imiter artificiellement est « l’attaque » et la « fin » d’une note, par exemple le mouvement de l’archet ou du
doigt (médiator) sur une corde. Ces 2 éléments participent au timbre et confèrent au son toute sa richesse…
1. Ondes électromagnétiques et lumineuses 3D (ex : feu d’artifice)
a. Emetteurs (ondes lumineuses)
Tout ce qui est capable de produire sa propre lumière et que vous avez appelé jusqu’ici « sources primaires de lumière »: Soleil, vers
luisant, lampe à incandescence (ampoule), laser…
Les « sources secondaires de lumière » (Lune, objet éclairé…) n’émettent pas d’ondes lumineuses mais ne font que réfléchir (diffuser)
celles qu’elles reçoivent d’une « source primaire ».
b. Milieu de propagation
Il peut être matériel (solides, liquides, gaz) ou vide. Les ondes électromagnétiques se propagent dans le vide !
Rem : Contrairement aux ondes acoustiques, la vitesse de l’onde EM diminue avec la densité du milieu :
..........
........
v
avec c = 3,00*108 m.s-1 vitesse limite des ondes EM dans le vide et n > 1: indice de ……………………………du
milieu de propagation (nair = 1,0003 < neau = 1,33 < nverre = 1,5 donc vverre < veau < vair)
c. Récepteurs (ondes lumineuses) : œil, pellicule photo argentique, capteurs solaires…
d. Remarques (ondes lumineuses)
* Les ondes dites « lumineuses » sont celles perçues par la rétine de l’homme qui ont des longueurs d’ondes dans le vide comprises
entre 0,4 m (violet) et 0,8 m (rouge)
* Les corps chauffés émettent des infrarouges (IR) de longueurs d’ondes supérieures à 0,8 m. (les êtres vivants, la Terre…)
* Certains corps émettent des ultraviolets (UV) de longueurs d’ondes inférieures à 0,4 m. (le soleil…)
* A une longueur d’onde déterminée dans le vide correspond une couleur déterminée (ex laser λ = 0,63 m (rouge), lampadaire à
vapeur de sodium orangé λ = 0,59 m (orange), lumière noire des boîtes de nuit λ = 0,4 m (violet à la limite de l’UV)).
* Une source qui n’émet qu’une seule longueur d’onde (couleur) est dite monochromatique (laser)
* La plupart des sources émet une infinité de longueurs d’onde (couleurs) dont la superposition donne du blanc ; elles sont dites
polychromatiques (lampe à incandescence, Soleil)
A retenir :
Les ondes électromagnétiques se propagent dans le ……………. v (air) ≈ c(vide) ≈ ……………………..
……………………. ondes visibles par l’homme ……………………….
λ (m)
……… ……….
Exo7. Longueurs d’ondes dans l’eau : Calculer la valeur des longueurs d’ondes bordant le domaine visible dans l’eau.
e. Généralités
Une source EM ponctuelle émet des ondes EM sphériques; les
surfaces d’onde sont donc des sphères qui se déplacent dans
l’espace à 3D (ce qui fait que tout le monde peut voir le même
objet : le tableau par exemple).
Une lampe torche ou un laser peuvent être plus directifs

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La propagation d’une onde EM se réalise sans support matériel
par la vibration de la direction transversale du champ EM
Animations :
http://isae.edu.lb/isae/nour/java/physique/phf/emwave_f.htm
http://subaru2.univ-
lemans.fr/enseignements/physique/02/electri/oem1.html
Rem1 : une onde sphérique peut être localement assimilée à une onde plane si on se place à grande distance de l’émetteur. Les
surfaces d’ondes seront alors assimilés à des plans parallèles entre eux (et perpendiculaires à la direction de propagation de l’onde) et
séparés par une distance égale à la longueur d’onde.
Rem2 : Les rayons de lumière (et non « rayons lumineux » car ils ne sont pas visibles !) « matérialisent » la direction de propagation
de l’onde. Dans un milieu transparent (qui laisse passer la lumière), homogène (dont les propriétés sont les mêmes en tout point) et
isotrope (en un point donné, les propriétés sont les mêmes dans toutes les directions) ceux-ci sont rectilignes (l’onde se propage en
ligne droite)
A retenir :
Les ondes EM sont donc des ondes …………………………….. (modification de la direction du champ EM)
Dans un milieu transparent, homogène et isotrope elles se propagent …………………………………
10-15 …….. 10-12 …….. 10-8 ……. 4*10-7 8*10-7 …….. 10-3 ondes ………………… 105 λ (m)
radioactivité médecine Soleil visible corps chaud antennes
radar TV Radio
D’autres animations : http://gilbert.gastebois.pagesperso-orange.fr/java/ondes/ondes.htm
http://gilbert.gastebois.pagesperso-orange.fr/java/son/ondes.htm et http://surendranath.tripod.com/Applets.html

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f. Complément : l’année-lumière
En astronomie, les distances ne s’expriment pas en mètre mais en années-lumière. Wassistas ?
Une année-lumière est la distance parcourue par la lumière dans le vide en un an.
Or la vitesse de la lumière est égale à 300 000 km/s.
Donc, une année-lumière = 300 000 x 3600 x 24 x 365 = 9500 milliards de km  9,5.1015 m. C’est l’unité adaptée aux distances
prodigieuses dans l’univers. Attention, malgré son nom, l’année-lumière est une unité de longueur et non de temps !
Ex : La Lune est à un peu plus d'une seconde-lumière de la Terre. Le diamètre du Soleil est d'environ 4,6 secondes-lumière.
Le Soleil est à 500 secondes-lumière de la Terre. Cela signifie que sa lumière met 500 s ou 8 min 40s pour parvenir sur la Terre.
L'étoile la plus proche, Proxima Centauri, est à 4,2 années-lumière du Soleil.
Le diamètre de notre galaxie est de 130 000 années-lumière.
Les galaxies les plus proches de la nôtre (Ursa minor, Sextans 1, Draco, et le petit nuage de Magellan) sont à 300 000 années-lumière.
La galaxie d'Andromède est à 2,2 millions d’années-lumière.
La dimension de l'univers observable est estimée à 13,7 milliards d’années-lumière.
Remonter le temps ?
La Galaxie d'Andromède, voisine de la nôtre, est située à 2,2 millions
d'années-lumière donc à une distance de : 2,1 1019 km soit environ 20
milliards de milliards de kilomètres.
Cela veut dire aussi que la lumière provenant d'Andromède, et qui
nous arrive maintenant, est partie de là-bas il y a 2,2 millions d'années
. Nous voyons donc la Galaxie d'Andromède telle qu'elle était il y a 2,2
millions d'années et non pas comme elle est actuellement !
Inversement, les éventuels habitants d'Andromède nous "voient" tels
que nous étions il y a 2,2 millions d'années…lorsqu’on ressemblait à
des australopithèques !
Ainsi, plus on regarde loin, plus on remonte le temps.
Jusqu’où pouvons-nous aller ?
Peut-on remonter jusqu’au Big Bang et voir la
naissance de l’univers ?
La réponse est NON (dommage..)
En effet, ce n’est que 400 000 ans après le Big Bang
que la lumière s’est découplée de la matière. Avant, les
photons (particules de lumière) étaient sans cesse
absorbés par la matière et éjectaient les électrons des
atomes en train de se former. Ils étaient « prisonniers »
de la matière et ne pouvaient s’en échapper, un peu
comme à l’intérieur du Soleil. On ne peut donc pas
recevoir ces photons prisonniers : l’univers primordial
est donc opaque à nos instruments d’observation.
Ainsi, le fin fond de l’univers observable n’est donc
plus observable et, avec la lumière, on ne peut pas
remonter plus tôt que 400 000 ans après le Big Bang.
Rem : on pourrait se rapprocher de « l’instant zéro »
avec les neutrinos, mais cela est une autre histoire…
Lune
Soleil
Voie Lactée
Andromède
Univers observable