Lumière et son
Propagation de la lumière et du son, vitesse, dispersion, fréquence et ondes.
Introduction
La lumière et le son sont des signaux qui se propagent dans des milieux différents et à des vitesses très différentes. Au Brevet, tu dois connaître les propriétés de propagation de chacun, savoir calculer des distances à partir de la vitesse et du temps, et comprendre la notion de fréquence. Les exercices portent souvent sur des situations concrètes : orage, échographie, arc-en-ciel.
Points clés à retenir
- La lumière se propage en ligne droite à environ 300 000 km/s (3 × 10⁸ m/s) dans le vide
- Le son se propage dans les milieux matériels (pas dans le vide) à environ 340 m/s dans l'air
- La vitesse du son dépend du milieu : plus rapide dans les solides et les liquides que dans l'air
- La fréquence f (en Hz) caractérise la hauteur d'un son : aigu si f élevée, grave si f basse
- Domaine audible : 20 Hz à 20 000 Hz (infrasons < 20 Hz, ultrasons > 20 000 Hz)
- La lumière blanche se décompose en un spectre de couleurs (dispersion par un prisme ou un arc-en-ciel)
Formules essentielles
v = d / t (v en m/s, d en m, t en s)d = v × tt = d / vc = 3 × 10⁸ m/s ≈ 300 000 km/sv(son) ≈ 340 m/sExemples résolus
On voit l'éclair 4 secondes avant d'entendre le tonnerre. À quelle distance se situe l'orage ?
La lumière arrive quasi instantanément. d = v × t = 340 × 4 = 1 360 m ≈ 1,4 km.
Un sonar envoie un signal ultrason qui revient après 0,6 s. La vitesse du son dans l'eau est 1 500 m/s. Quelle est la profondeur ?
Le signal fait l'aller-retour. t(aller) = 0,6/2 = 0,3 s. d = v × t = 1 500 × 0,3 = 450 m de profondeur.
La Lune est à 384 000 km de la Terre. Combien de temps met la lumière pour nous parvenir ?
t = d/v = 384 000 / 300 000 = 1,28 s. La lumière de la Lune met environ 1,3 seconde à nous atteindre.
Erreurs fréquentes à éviter
- ✗Oublier que le son ne se propage pas dans le vide (contrairement à la lumière)
- ✗Ne pas diviser par 2 le temps aller-retour dans les exercices de sonar ou d'écho
- ✗Confondre fréquence (Hz, hauteur du son) et amplitude (intensité, volume du son)
- ✗Utiliser la mauvaise vitesse : 340 m/s pour le son dans l'air, 3 × 10⁸ m/s pour la lumière
