Physique · Seconde · 2 leçons

Fiche de révision : Ondes et signaux

L’essentiel de chaque leçon du chapitre, tel qu’il est écrit dans le cours : à relire, à imprimer, puis à vérifier par l’entraînement.

Les notions de cette fiche

Ondes et signaux sonores — Émission et propagation d'un signal sonore, vitesse de propagation, fréquence et période, hauteur et timbre, niveau sonore en dB.
Réfraction et loi de Snell-Descartes — Indice de réfraction, n₁ sin i₁ = n₂ sin i₂, réflexion totale, dispersion par un prisme.

À maîtriser avant de commencer

Ces notions sont utilisées ici. Relisez-les si l’une d’elles vous échappe.

Vitesse moyenne — v = d / Δt, unités m/s et km/h et leur conversion, distinction vitesse moyenne / vitesse instantanée, mouvement uniforme.
Propagation rectiligne et réflexion de la lumière — Sources primaires et objets diffusants, propagation rectiligne, rayon lumineux, ombre, vitesse de la lumière, lois de la réflexion.
Trigonométrie du triangle rectangle — Cosinus, sinus, tangente d'un angle aigu dans un triangle rectangle ; calcul d'un angle ou d'une longueur.

Le début de la fiche

Extrait de la leçon « Ondes et signaux sonores : ce qui vibre, ce qui voyage, ce qu'on entend », tel qu’il figure sur la fiche.

Ce qu'il faut retenir

$f = \dfrac{1}{T} \qquad T = \dfrac{1}{f} \qquad T\ \text{en s},\ f\ \text{en Hz}$
$d = v \times t \qquad \text{écho / sonar : } d = \dfrac{v \times t}{2}$
$v_{\text{air}} \approx 340\ \text{m/s} \quad ; \quad v_{\text{eau}} \approx 1500\ \text{m/s} \quad ; \quad v_{\text{acier}} \approx 5000\ \text{m/s} \quad (\text{à }20\ ^\circ\text{C})$
$\text{domaine audible : } 20\ \text{Hz} \lesssim f \lesssim 20\,000\ \text{Hz}$

Tableau : Relation ou règle, Énoncé, Domaine de validité
Relation ou règle	Énoncé	Domaine de validité
Nature du son	vibration transmise de proche en proche dans la matière	jamais dans le vide
Période et fréquence	inverses l'une de l'autre, $T$ en secondes, $f$ en hertz	signal périodique
Vitesse de propagation	propriété du milieu (et de sa température)	indépendante de la fréquence et de l’amplitude dans le modèle linéaire non dispersif
Trajet d'un son	$d = v \times t$  ; diviser par 2 pour un aller-retour	milieu homogène
Hauteur	liée à la fréquence (aigu = fréquence élevée)	attribut de la source
Intensité	en W/m² ; niveau d’intensité en dB distinct du niveau de pression mesuré au sonomètre	niveau en dB logarithmique ; intensité en W/m² distincte
Timbre	lié à la forme du motif	ce qui distingue deux sources jouant la même note

Les unités. Période en secondes (les millisecondes de l'oscilloscope se convertissent avant tout calcul), fréquence en hertz, vitesse en mètres par seconde, niveau d'intensité sonore en décibels. Le hertz est l'inverse de la seconde : $1$ Hz $= 1$ s $^{-1}$ — un contrôle d'homogénéité de la relation $f = 1/T$ en une ligne.

Les ordres de grandeur à connaître. Le son dans l'air : $340$ m/s, soit environ un kilomètre toutes les trois secondes (l'orage). Le la du diapason : $440$ Hz. Une conversation : $60$ dB ; le risque auditif dépend du niveau et de la durée, sans seuil unique de 85 dB garantissant l’absence de risque en dessous. Ces repères suffisent à contrôler la vraisemblance de presque tous les résultats du chapitre.

La suite de la fiche (1 autre notion, les pièges à éviter et la version imprimable) est réservée à votre compte.

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