Fiche de révision · Physique-chimie 3eSignaux sonores et lumineux
3e trimestre · chapitre 13 sur 13
Le son et la lumière sont des signaux qui transportent de l'information, mais ils ne se propagent ni de la même façon ni à la même vitesse.
L'essentiel à retenir
- Son : vibration dans un milieu matériel
- v son ≈ 340 m/s dans l'air
- c ≈ 3 × 10⁸ m/s dans le vide
- Fréquence en Hz : grave ou aigu
- Audible de 20 Hz à 20 000 Hz
La leçon
1. Le son a besoin de matière
Un son est produit par la vibration d'un objet. Cette vibration se transmet de proche en proche dans un milieu matériel : air, eau ou solide. Le son ne se propage donc pas dans le vide.
Exemple
Un réveil qui sonne est placé sous une cloche : quand on pompe l'air de la cloche, on l'entend de moins en moins.
2. Vitesse du son et de la lumière
Dans l'air, le son va à environ 340 m/s. Il est plus rapide dans l'eau (environ 1 500 m/s) et dans les solides (environ 5 000 m/s dans l'acier). La lumière se propage aussi dans le vide, à c ≈ 300 000 km/s, soit 3 × 10⁸ m/s : bien plus vite que le son.
Exemple
L'oreille collée à un rail, on entend un coup frappé au loin avant le son qui arrive par l'air.
3. La relation d = v × t
La distance parcourue par un signal est égale à sa vitesse multipliée par la durée du trajet. On en déduit t = d / v et v = d / t. Les unités doivent aller ensemble : v en m/s et t en s donnent d en m.
d = v × t
Exemple
L'éclair est vu presque instantanément, le tonnerre est entendu 3 s plus tard : l'orage est à environ 340 × 3 = 1 020 m.
4. Fréquence et hauteur d'un son
La fréquence f d'un son est le nombre de vibrations par seconde, en hertz (Hz). Plus elle est grande, plus le son est aigu ; plus elle est petite, plus il est grave. L'oreille humaine perçoit les sons de 20 Hz à 20 000 Hz environ : en dessous ce sont des infrasons, au-dessus des ultrasons.
f = 1 / T
Exemple
Une vibration de période T = 0,002 s a une fréquence f = 1 / 0,002 = 500 Hz : c'est un son audible.
5. Niveau sonore et risques auditifs
Le niveau d'intensité sonore se mesure en décibels (dB) avec un sonomètre. Le seuil de danger est de 85 dB et le seuil de douleur d'environ 120 dB. Une exposition prolongée à un niveau élevé abîme l'audition de façon irréversible.
Exemple
À un concert, porter des bouchons d'oreille et s'éloigner des enceintes protège l'audition.
6. Mesurer une distance avec un signal
Un écho est un son réfléchi par un obstacle. Le sonar et l'échographie utilisent des ultrasons réfléchis, le télémètre laser de la lumière. Le signal fait un aller-retour : on divise donc la distance parcourue par 2. Les signaux lumineux (fibre optique, laser) et les ondes radio ou wifi servent aussi à transmettre des informations.
d = v × t / 2
Exemple
Un sonar reçoit l'écho du fond 2 s après l'émission, dans l'eau à 1 500 m/s : d = 1 500 × 2 / 2 = 1 500 m.
La méthode
Comment calculer une distance avec un signal
- Choisis la vitesse du signal selon le milieu : 340 m/s dans l'air, 1 500 m/s dans l'eau, 3 × 10⁸ m/s pour la lumière.
- Repère la durée t et convertis-la en secondes.
- Calcule d = v × t.
- S'il s'agit d'un écho (aller-retour), divise le résultat par 2.
Pièges à éviter
- Pour un écho, n'oublie pas de diviser par 2 : la durée mesurée correspond à l'aller et au retour.
- Ne confonds pas fréquence et niveau sonore : la fréquence (Hz) dit si le son est grave ou aigu, le niveau (dB) s'il est faible ou fort.
- Le son ne se propage pas dans le vide, contrairement à la lumière : dans l'espace, une explosion ne s'entend pas.
Vocabulaire
- Fréquence
- Nombre de vibrations par seconde, en hertz (Hz).
- Période T
- Durée d'une vibration, en secondes.
- Infrason
- Son de fréquence inférieure à 20 Hz, inaudible pour l'humain.
- Ultrason
- Son de fréquence supérieure à 20 000 Hz, inaudible pour l'humain.
- Décibel (dB)
- Unité du niveau d'intensité sonore.
- Écho
- Son réfléchi par un obstacle.
Teste-toi
3 questions pour vérifier, corrigées tout de suite.
Flashcards
Essaie de répondre avant d'ouvrir la carte.
Comment un son est-il produit ?
Par la vibration d'un objet (corde, membrane, cordes vocales).
Pourquoi le son ne se propage-t-il pas dans le vide ?
Il a besoin d'un milieu matériel (air, eau, solide) pour transmettre la vibration.
Quelle est la vitesse du son dans l'air ?
Environ 340 m/s ; elle est plus grande dans l'eau (environ 1 500 m/s) et dans les solides.
La suite dans Réviz
4 autres questions, 5 autres flashcards, la carte mentale du chapitre, et ce qui coince qui revient au bon moment jusqu'au contrôle.
Ce que le programme attend
- Savoir qu'un son a besoin d'un milieu matériel pour se propager
- Connaître la vitesse du son dans l'air et de la lumière dans le vide
- Utiliser la relation d = v × t pour un signal
- Relier la fréquence d'un son à sa hauteur et connaître le domaine audible
- Connaître le niveau d'intensité sonore (dB) et les risques auditifs
- Utiliser des signaux pour mesurer une distance (écho, sonar, laser)
Référence : Programme du cycle 4 de physique-chimie (BO spécial n°11 du 26/11/2015, ajusté BO n°31 du 30/07/2020). Une erreur dans cette fiche ? Signale-la, elle sera corrigée.