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Troisième · Physique-Chimie · Chapitre 5

Des signaux pour observer et communiquer

Ce que tu sauras faire

  • Distinguer une source primaire de lumière d'un objet diffusant, et expliquer à quelle condition on voit un objet.
  • Utiliser la propagation rectiligne et le modèle du rayon lumineux pour construire une ombre, et distinguer ombre et pénombre.
  • Utiliser la vitesse de la lumière dans le vide, 3,0×1083{,}0 \times 10^{8} m/s, et comprendre l'année-lumière comme une distance.
  • Décrire la synthèse additive des lumières colorées et différencier un spectre continu d'un spectre de raies.
  • Expliquer qu'un son est produit par une vibration et qu'il ne se propage que dans un milieu matériel.
  • Calculer une distance ou une durée avec v=dtv = \dfrac{d}{t}, pour le son comme pour la lumière, et comparer leurs vitesses.
  • Relier fréquence et hauteur, amplitude et niveau sonore en décibels, connaître les seuils et les moyens de protéger son audition.
  • Distinguer un signal analogique d'un signal numérique, coder une information en binaire et utiliser un débit.

Au programme du chapitre

  1. Voir : sources primaires et objets diffusants
  2. La propagation rectiligne et le modèle du rayon lumineux
  3. Ombre et pénombre
  4. La vitesse de la lumière
  5. Lumières colorées, synthèse additive et spectres
  6. Le son : une vibration qui a besoin de matière
  7. La vitesse du son, et pourquoi le tonnerre est en retard
  8. Fréquence et hauteur, intensité et décibels
  9. Transmettre une information : signal analogique et signal numérique

Exercices corrigés

Exercice 1

Dans un film de science-fiction, un vaisseau explose dans l'espace et l'on entend une déflagration assourdissante. Que peut-on dire de cette scène du point de vue de la physique ?
Un coup de pouce
Sépare bien les deux questions : est-ce qu'on verrait l'explosion, et est-ce qu'on l'entendrait ?
Voir la correction pas à pas
Elle est physiquement impossible. Un son est produit par une vibration, mais cette vibration ne se transmet que si elle a de la matière à bousculer de proche en proche. Dans l'espace, il n'y a pratiquement aucune matière : le son ne peut donc pas se propager, et aucun observateur extérieur n'entendrait quoi que ce soit.
L'expérience de la cloche à vide le démontre : à mesure qu'on retire l'air, la sonnerie s'éteint alors qu'on voit toujours le marteau frapper.
En revanche, l'explosion resterait parfaitement visible, car la lumière, elle, se propage dans le vide. C'est précisément la différence entre les deux signaux : le son exige un milieu matériel, la lumière non.

Exercice 2

Sur une copie, on lit : « Proxima du Centaure est à 4,2 années-lumière, donc la lumière de cette étoile met 4,2 années-lumière à nous parvenir. » La phrase est-elle correcte ?
Un coup de pouce
Pose-toi une seule question : en quelle unité se mesure une année-lumière, en secondes ou en mètres ?
Voir la correction pas à pas
La première moitié est juste, la seconde est fausse — et c'est une faute lourde. L'année-lumière est une distance, pas une durée : c'est le chemin parcouru par la lumière dans le vide en un an, soit environ 9,5×10159{,}5 \times 10^{15} m. Une durée ne peut donc jamais s'exprimer en années-lumière.
La phrase correcte est : « Proxima du Centaure est à 4,24{,}2 al, donc sa lumière met 4,24{,}2 ans à nous parvenir. »
Cette confusion a une conséquence intéressante : l'étoile que nous observons ce soir est celle d'il y a 4,24{,}2 ans. Regarder loin dans l'espace, c'est toujours regarder dans le passé.

Les pièges à éviter

  • Écrire qu'une durée vaut « 4,2 années-lumière ».
  • Oublier de diviser par deux dans un calcul d'écho, de sonar ou de radar.
  • Croire que la Lune, un miroir ou une planète sont des sources de lumière.
  • Penser qu'on entendrait une explosion dans l'espace.

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