Chapitre 1

Exercices
1.1 Les ondes
1 Le chapeau de Coralie, emporté par le vent, échoue au milieu de l’étang. Pour aider
Coralie à le récupérer, Simon frappe la surface de l’eau en espérant que les vagues
qu’il provoque poussent le chapeau vers la berge. Que pensez-vous de cette stratégie ?
Exemple de réponse : Cette stratégie est inecace. Une onde transporte de l’énergie sans déplacer
le milieu dans lequel elle se propage. Il est donc impossible que les vagues, à elles seules, poussent
le chapeau de Coralie vers laberge.
2 Observez l’illustration suivante.
Amplitude (m)
Déplacement (m)
a) Tracez une onde dont l’amplitude est le double de celle de l’onde illustrée.
Amplitude (m)
Déplacement (m)
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16 L’O P T IQ U E EXERCICES
1
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b) Tracez une onde dont la longueur d’onde est le double de celle de l’onde illustrée.
Amplitude (m)
Déplacement (m)
3 Le sommet de la plupart
des gratte-ciel oscille
lentement. Quelle est la
fréquence des oscillations
d’un gratte-ciel qui met
10 s à effectuer un
mouvement complet
de va-et-vient ?
4 Les deux ondes illustrées ci-dessous voyagent
à la même vitesse.
a) Laquelle de ces ondes a la plus grande
amplitude ?
Aucune. Les deux ondes ont la même
amplitude.
b) Laquelle a la plus grande longueur d’onde ?
Expliquez votre réponse.
L’onde 2. La longueur d’onde de l’onde 2 correspond à 12 graduations horizontales, tandis que
celle de l’onde 1 correspond à 6 graduations horizontales.
c) Laquelle a la plus grande fréquence ? Expliquez votre réponse.
L’onde 1. D’après l’équation v  f, pour une vitesse donnée, la fréquence est inversement
proportionnelle à la longueur d’onde.
Réponse : La fréquence des oscillations du gratte-ciel est de 0,1Hz.
f  1 oscillation
10s
 0,1 oscillation/s
 0,1 Hz
x
y
Onde 2
Onde 1
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17EXERCICES CHAPITRE 1
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LES ONDES ET LA LUMIÈRE
1
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Réponse : La fréquence des vagues est de 2,7Hz.
5 Quelles sont l’amplitude et la longueur d’onde
de l’onde illustrée ?
Réponse : L’amplitude de l’onde est de 25m
et sa longueur d’onde est de 6m.
Réponse : La fréquence de ses battements cardiaques est de 1,3Hz.
f  78 battements
60s
 1,3 battement/s
 1,3 Hz
A  (60m  10m)
2
 25 m
  6 m – 0 m
  6 m
6 Si le cœur d’Étienne bat 78 fois en 1 minute, quelle est la fréquence de ses
battements cardiaques en hertz ?
7 Assise dans un canot de 4,5 m de longueur, Sarah regarde les vagues venir
vers elle. De l’avant jusqu’à l’arrière du canot, elle compte 15 vagues complètes
(c’est-à-dire 15 longueurs d’onde). Chaque vague prend 5,5 s pour parcourir
la longueur du canot. Quelle est la fréquence des vagues ?
1. f  ?
2. Nombre de vagues  15
d  4,5 m
t  5,5 s
3. v  d
t
v  f
D’où f  v
4. v  4,5 m
5,5 s  0,818 m/s
  4,5 m
15  0,30 m (car il y a 15 vagues dans 4,5 m)
f  0,818 m/s
0,30 m  2,73 Hz
x (m)
–4–6 –2 2 4 6
y (m)
60
40
20
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18 L’O P T IQ U E EXERCICES
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Réponse : Il s’est écoulé 1,3s entre l’émission de la communication radio et sa réception sur Terre.
8 En regardant son réveille-matin, Julien s’exclame : « Je
peux te voir, mais pourquoi ne puis-je pas t’entendre ? »
Expliquez pourquoi Julien n’entend pas la sonnerie de
son réveille-matin.
Le réveille-matin de Julien est placé dans une cloche
de verre sous vide. Les ondes mécaniques (le son) ne se
propagent pas dans le vide, contrairement aux ondes
électromagnétiques (la lumière).
9 À quelle catégorie d’ondes les éléments suivants appartiennent-ils ?
Cochez la bonne colonne.
Élément Ondes mécaniques Ondes électromagnétiques
Un lecteur de codes-barres X
Le tonnerre X
Un éclair (causé par la foudre) X
Un arc-en-ciel X
Un ouragan X
L’énergie thermique X
Un ultrason X
10 Le 21 juillet 1969, Neil Armstrong a été le premier astronaute à mettre le pied
sur la Lune. Il a alors prononcé la célèbre phrase : « Un petit pas pour l’homme,
un grand pas pour l’humanité. » La Lune étant située à 3,84  105 km de la Terre
et les ondes radio voyageant à 3,0  108 m/s, combien de temps s’est-il écoulé
entre l’émission de cette communication radio et sa réception sur Terre ?
1. t  ?
2. d  3,84  105 km ou 3,84  108 m
v  3,0 x 108 m/s
3. v  d
t
D’où t  d
v
4. t  3,84  108 m
3,0  108 m/s
 1,28 s
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19EXERCICES CHAPITRE 1
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LES ONDES ET LA LUMIÈRE
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Exercices
1.2 La lumière
1 Les ondes radio et les rayons ultraviolets sont des ondes électromagnétiques,
au même titre que la lumière rouge et la lumière bleue. Dans ce cas, pourquoi
ne peut-on pas les voir ?
Parce que l’œil humain n’est sensible qu’à la partie du spectre électromagnétique qui correspond
à la lumière visible.
2 Qu’est-ce qui prouve que la lumière peut voyager dans le vide ?
On peut voir le Soleil, la Lune et les étoiles à travers le vide de l’espace.
3 Qu’obtenez-vous en multipliant la fréquence d’une couleur de la lumière visible par
sa longueur d’onde ?
La vitesse de la lumière.
4 Les illustrations ci-contre montrent deux façons
de représenter graphiquement la propagation
de la lumière.
a) Que représentent les traits jaunes
dans chacune des illustrations ?
Dans l’illustration A, les traits jaunes
représentent les fronts d’onde (les crêtes de
l’onde qui se propage). Dans l’illustration B, les
traits jaunes représentent les rayons lumineux (la direction de la propagation de l’onde).
b) Quelle est, dans chaque cas, la direction de l’énergie transportée par l’onde
de lumière par rapport aux traits jaunes ?
Dans l’illustration A, l’énergie se propage perpendiculairement aux traits jaunes (fronts d’onde).
Dans l’illustration B, l’énergie se propage parallèlement aux traits jaunes (rayons).
c) Vrai ou faux ? Lorsqu’on se trouve très loin d’une source lumineuse, les fronts
d’onde deviennent des droites parallèles entre elles, et les rayons lumineux sont
également parallèles entre eux. Expliquez votre réponse.
Vrai. Lorsqu’on se trouve très loin de la source lumineuse, la courbure des fronts d’onde devient
imperceptible, et on peut les représenter par des droites parallèles entre elles. Les rayons, qui
sont toujours perpendiculaires aux fronts d’onde, deviennent également parallèles entre eux.
A B
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