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Quatrième · Physique-Chimie · Chapitre 5

Signaux lumineux et sonores

Ce que tu sauras faire

  • Distinguer une source primaire d'un objet diffusant, et dire à quelle condition on voit un objet.
  • Utiliser la propagation rectiligne de la lumière et le modèle du rayon lumineux pour expliquer et construire une ombre.
  • Utiliser la vitesse de la lumière dans le vide, 3,0×1083{,}0 \times 10^{8} m/s, et l'année-lumière, qui est une distance.
  • Expliquer qu'un son naît d'une vibration et qu'il a besoin d'un milieu matériel pour se propager, contrairement à la lumière.
  • Calculer une distance ou une durée avec v=dtv = \dfrac{d}{t} pour la lumière et pour le son, écho compris.
  • Relier la fréquence d'un son à sa hauteur, connaître le hertz et les limites des sons audibles, infrasons et ultrasons.
  • Expliquer comment la lumière et le son transportent une information, et connaître les risques du laser et du bruit ainsi que les gestes qui protègent.

Au programme du chapitre

  1. Voir : sources primaires et objets diffusants
  2. La lumière se propage en ligne droite
  3. Les ombres
  4. La vitesse de la lumière et l'année-lumière
  5. Le son : une vibration qui a besoin de matière
  6. La vitesse du son, l'écho et la distance de l'orage
  7. Fréquence, hauteur et sons audibles
  8. Un signal transporte une information
  9. Les risques : le laser et le bruit

Exercices corrigés

Exercice 1

Dans une pièce sans fenêtre, tu allumes une lampe de poche et tu la diriges vers le plafond. Tu vois le plafond, la lampe et le livre posé sur la table. Lesquels sont des sources primaires ? Pourquoi vois-tu quand même les autres ?
Un coup de pouce
Fais l'expérience dans ta tête : que reste-t-il de visible quand on éteint la lampe ?
Voir la correction pas à pas
Seule la lampe allumée est une source primaire : elle produit elle-même la lumière qu'elle émet. Le plafond et le livre ne produisent aucune lumière : ce sont des objets diffusants.
Tu les vois parce que la lumière de la lampe les atteint, qu'ils en renvoient une partie dans toutes les directions, et que cette lumière diffusée entre dans ton œil. Éteins la lampe : le plafond et le livre disparaissent aussitôt, alors qu'ils n'ont pas bougé. Ce qui rend un objet visible, ce n'est pas sa présence, c'est la lumière qui part de lui vers l'œil.

Exercice 2

Un élève lit dans un livre : « La galaxie est à 2,52{,}5 millions d'années-lumière, donc elle a 2,52{,}5 millions d'années. » Cette phrase est-elle correcte ?
Un coup de pouce
Demande-toi ce que mesure vraiment l'année-lumière : un temps ou une longueur ?
Voir la correction pas à pas
Non. L'année-lumière est une distance, la distance que parcourt la lumière en un an. Dire qu'une galaxie est à 2,52{,}5 millions d'al signifie que la lumière que nous en recevons a voyagé pendant 2,52{,}5 millions d'années.
On ne peut rien en déduire sur l'âge de la galaxie : elle est beaucoup plus ancienne, et nous la voyons simplement telle qu'elle était il y a 2,52{,}5 millions d'années. Regarder loin dans l'espace, c'est regarder dans le passé, mais cela ne dit pas depuis quand l'objet existe.

Les pièges à éviter

  • Écrire que la lumière d'une étoile met « 4 années-lumière » à nous parvenir.
  • Oublier de diviser par deux dans un calcul d'écho ou de sonar.
  • Croire que la Lune ou une planète produit sa propre lumière.
  • Affirmer qu'on entendrait une explosion dans l'espace.

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