THEME 1. LA SANTE CHAP 2. LES ONDES

THEME 1. LA SANTE
CHAP 2. LES ONDES ELECTROMAGNETIQUES ET SONORES
1. LES ONDES ELECTROMAGNETIQUES
1.1. LES ONDES ELECTROMAGNETIQUES.
Vous allumez la lampe de la cuisine ? Les ondes électromagnétiques déferlent. Vous faîtes chauffer la
plaque électrique ? Elles se répandent à foison. Nous vivons en permanence dans un bain d’ondes,
sans même nous en paercevoir. Et, dans ce grand bain, les ondes émises par votre four à micro pndes,
vos appareils wifi ou votre téléphone portable ne sont qu’une petite goutte.
Si les ondes électromagnétiques font à tel point partie de tous les aspects de notre quotidien, c’est
parce qu’elles transportent la lumière, la chaleur, et, d’une façon générale, l’énergie sous toutes ses
formes. Elles ne savent faire que cela, mais elles le font redoutablement bien. Car une onde électromagnétique, c’est l’autre versant d’une des plus fascinantes particules de la physique: le photon. Une
particule hyperspécialisée, une petite boule d’énergie pure, sans masse, qui ne sait faire qu’une chose: filer en ligne droite à 300 000 km/
s, son paquetage d’énergie sur le dos. Lorqu’on allume une simple lampe torche, cent millions de milliards de photons jaillissent de
l’ampoule chaque seconde.
En fonction de la quantité d’énergie qu’ils embarquent, les photons changent de nom pour constituer, tous ensemble, le spectre
électromagnétique. Les plus chargés sont les «gamma» et les «X». Ils possèdent une très courte longueur d’onde (plus petite qu’un
atome), et les physiciens, lorsqu’ils les étudient, préfèrent les considérer plutôt comme des particules. Quant aux photons plus faibles
en énergie, ils correspondent aux «radio». Dans leur cas, la longueur d’onde peut parfois atteindre plusieurs kilomètres. Les physiciens
les voient alors davantage comme des ondes.
Qu’entendons-nous par onde ? C’est une vibration dans l’espace, comme une vague sur la mer. Mais qu’est-ce qui vibre ? Et bien, un
champ magnétique et un champ électrique perpendiculaires l’une à l’autre. C’est par l’intermédiaire du champs électrique que les ondes
interagissent avec la matière. C’est lui qui génère le courant électrique dans l’antenne d’une radio, ou qui excite les cellules de la vision
de l’oeil, etc ... Voilà pouquoi, lorsqu’on parle des ondes, on considère essentiellement le champ électrique.
L u mi ère
vi sibl e est
aus si u ne
ond e
L ampe b as s e cons o
Bass es freq uences
17,5 V/m à 30 cm
Four à micro
ond es
3 V/m à 40 cm
Ordi nateur
On des rad io
4 V/m à 50 cm
Tel ephone f ixe
Hautes fréqu ences
1, 8 V/m à 40 cm
Rad i o
capte ond es
h ertzi en nes
Radiateur sa chaleur se
prop age p ar les ond es
i nf rarou ges
Télévi seur cap te
les on des à hautes
fréquences et émet
de la lu mière
vi si bl e
Teleph on e
portable reçoit et
émet des h autes
fréq uences
PL aqu e i ndu cti on
Hautes fréqu ences
6 V/m à 40 cm
Boitier wi -fi
Hautes fréqu ences
0, 3 V/m à 40 cm
Man ettes de jeu s ans fil
émet d es in frarouges
1.2. DISPERSION DE LA LUMIERE BLANCHE VISIBLE PAR UN PRISME
On eclaire un faisceau de lumière blanche un prisme.
Observation.
L’observateur voit sur l’écran blanc des bandes colorées.
Interprétation.
L’écran blanc diffuse les lumières colorées provenant de la décomposition de la lumière
blanche. Le prisme a décomposé la lumière blanche.
Conclusion.
La lumière blanche est composée de lumières colorées. L’ensemble des couleurs observées constitue le spectre de la lumière blanche.
Application.
L’arc-en-ciel est dû à la décomposition de la lumière blanche par les gouttelettes d’eau.
Lorsque la lumière solaire arrive sur chacune des gouttes de pluie qui tombent d’un nuage, elle
subit une première réfraction, puis une réflexion totale dans la goutte et enfin une seconde
réfraction. A l’instar d’un prisme, une goutte d’eau se comporte comme un système dispersif, la
déviation étant maximale pour les radiations violettes.
L’observateur qui contemple un arc-en-ciel verra le rouge au-dessus du bleu, les couleurs
intermédiaires s’intercalent entre ces deux extrêmes.
On peut montrer, compte tenu de l’indice de réfraction de l’eau, que l’intensité du faisceau
émergent est maximale lorsque l’angle D vaut environ 138°.
Remarque.
Nous ne voyons pas le rayonnement ultraviolet cependant perçu par les insectes. Sa présence, pour nous invisible, est détectée par la
substance fluorescente qui, sous l’excitation du rayonnement ultraviolet, émet une lumière bleu-verdâtre que l’oeil peut percevoir.
Point d’histoire
En 1666, la confusion règne parmi les scientifiques sur le sujet des couleurs de la lumière. Bien sûr,
tous ont constaté qu’un rayon de soleil qui traverse un prisme ressort sous la forme d’un éventail
coloré, ou spectre. Mais une question fait débat: ces couleurs viennent-elles du prisme ou de la
lumière elle-même ? Chacun a sa théorie mais aucun ne convainc l’exigeant Newton.
Mais bientôt une idée géniale lui vint à l’esprit. Si toutes les couelurs étaient déjà contenues dans le
rayon initial, il suffirait de les mélanger à nouveau pour retrouver la lumière du soleil.... Il court
chercher un second prisme qu’il place sur le trajet du pinceau coloré .... Et là bingo ! Son intuition ne
l’a pas trompé: le faisceau se recompose en un seul rayon, qui ressemble en tous points à ceux du
soleil. La lumière est bien un mélange de couleurs.
1.3. COMPOSITION DE LA LUMIERE BLANCHE.
La lumière blanche est constituée d’une multitude de radiations colorées, allant du violet au rouge (couleurs de l’arc-en-ciel).
Chaque radiation est caractérisée par une grandeur appelée longueur d’onde, notée lemda.
Celle-ci s’exprime en mètre ou en sous-multiples du mètre. Ainsi, la lumière rouge émise par le laser du lycée possède une longueur
d’onde de 632,8 nm (1 nm = 10-9 m).
L’oeil humain n’est sensible qu’aux radiations dont les longueurs d’onde sont comprises entre 400 et 800 nm.
limite
extrême du
visible
limite
extrême du
visible
limite
extrême du
visible
longueur d’onde (en nm)
400
450
500
550
600
650
700
1.4. LES LUMIERES INVISIBLES.
Certaines lumières sont invisibles, car l’oeil y est insensible. Leur mise en évidence nécessite des récepteurs appropriés. On appelle
ondes électromagnétiques, toutes les ondes de même nature que la lumière. Elles se déplacent dans le vide à la vitesse de la lumière, et
donnent lieu, comme la lumière, à des phénomènes de réflexion, de réfraction, de diffraction.
Rayons gamma
Micro-ondes
Ondes
radio
Lumière
visible
Infrarouges
Ultraviolets
Rayons X
Des ondes radio aux rayons gamma, en passant par les micro-ondes, la lumière visible ou les rayons X, ce sont toutes des ondes
électromagnétiques, que seules leur longueur d’onde distingue. PLus elle diminue et plus la quantité d’énergie transportée est élevée.
Donc, plus l’onde est dangereuse pour la santé.
2. LES ONDES SONORES
L’oreille humaine est un capteur très sensible aux vibrations. Pour autant, elle ne peut entendre un son, même suffisamment fort, que si
la fréquence de celui-ci est comprise entre deux valeurs délimitant le domaine des fréquences sons audibles: l’oreille humaine perçoit
les sons des fréquences comprises entre 20 Hz et 20 kHz environ.
Les sons de fréquence inférieure à 20 Hz sont appelées infrasons;
Les sons de fréquence supérieure à 20 kHz sont appelées ultrasons.
A noter que ces fréquences dépendent des personnes (certaines oreilles sont «plus» entraînées que d’autres, certaines sont abîmées
suite à des expositions à des bruits intenses ...) mais aussi de la fréquence du son.