Nature des Ondes et Grandeurs Associées | Physique Chimie 1ère

Une onde est une perturbation qui se propage dans l'espace en transportant de l'énergie sans transporter de matière.

• 1 Ondes mécaniques : nécessitent un milieu matériel pour se propager (ex : ondes sonores)
• 2 Ondes électromagnétiques : se propagent dans le vide (ex : lumière visible)

La lumière visible est une onde électromagnétique qui présente des propriétés ondulatoires telles que la diffraction, l'interférence et la polarisation.

L'amplitude d'une onde est la valeur maximale de la perturbation par rapport à la position d'équilibre.

Pour une onde lumineuse, l'amplitude est liée à l'intensité lumineuse.

La longueur d'onde λ est la distance entre deux points consécutifs de l'onde qui sont dans le même état vibratoire.

Unité : mètre (m), souvent exprimée en nanomètres (nm) pour la lumière visible.

La fréquence f est le nombre de cycles par seconde effectués par l'onde.

Unité : Hertz (Hz)

La période T est la durée d'un cycle complet.

La relation entre la fréquence, la longueur d'onde et la vitesse de propagation d'une onde est :

Où v est la vitesse de propagation, λ la longueur d'onde et f la fréquence.

Dans le vide, la vitesse de la lumière est une constante universelle :

Donc pour une onde électromagnétique dans le vide :

Exemple 1 : Pour une radiation lumineuse de fréquence f = 5,0×10¹⁴ Hz

• 1 Rayons gamma (λ < 10⁻¹¹ m)
• 2 Rayons X (10⁻¹¹ m < λ < 10⁻⁸ m)
• 3 Ultraviolet (10⁻⁸ m < λ < 4×10⁻⁷ m)
• 4 Lumière visible (4×10⁻⁷ m < λ < 8×10⁻⁷ m)
• 5 Infrarouge (8×10⁻⁷ m < λ < 10⁻³ m)
• 6 Micro-ondes (10⁻³ m < λ < 10⁻¹ m)
• 7 Ondes radio (λ > 10⁻¹ m)

• Violet : 400-450 nm
• Bleu : 450-495 nm
• Vert : 495-570 nm
• Jaune : 570-590 nm
• Orange : 590-620 nm
• Rouge : 620-750 nm

1 Formule à utiliser :

2 Expression de λ :

3 Application numérique :

4 Conversion en nanomètres :

5 Conclusion :
La radiation correspond à une lumière verte dans le spectre visible.

1 Formule à utiliser :

2 Expression de f :

3 Conversion de la longueur d'onde :

4 Application numérique :

5 Conclusion :
La radiation correspond à une lumière bleue dans le spectre visible.

1 Relation période-fréquence :

2 Application numérique :

1 Formule à utiliser :

2 Expression de λ :

3 Application numérique :

4 Conclusion :
La radiation correspond à une lumière orange-jaune dans le spectre visible.

Les fibres optiques utilisent la propagation de la lumière pour transmettre des informations sur de longues distances. La lumière se propage par réflexion totale à l'intérieur de la fibre.

La lumière laser est utilisée pour des interventions chirurgicales précises, la photographie médicale (endoscopie), et les traitements dermatologiques.

L'analyse des longueurs d'onde de la lumière provenant des étoiles permet de déterminer leur composition chimique, leur température et leur mouvement.

Les capteurs photos exploitent la nature ondulatoire de la lumière pour former des images. Les lecteurs CD/DVD utilisent des lasers pour lire les données.

• Les ondes transportent de l'énergie sans transporter de matière
• La lumière visible est une onde électromagnétique
• Les ondes électromagnétiques se propagent dans le vide

• Amplitude : intensité de la perturbation
• Longueur d'onde λ : distance entre deux points identiques
• Fréquence f : nombre de cycles par seconde
• Période T : durée d'un cycle

• \( v = \lambda f \) pour la vitesse de propagation
• \( c = \lambda f \) dans le vide (c = 3,00×10⁸ m/s)
• \( T = \frac{1}{f} \) pour la période

Une onde progressive sinusoïdale peut être décrite par l'équation :

Où A est l'amplitude, k le nombre d'onde, ω la pulsation et φ la phase initiale.

La relation de dispersion est : \( \omega = vk \)

La vitesse de phase est la vitesse de propagation d'une crête d'onde : \( v_p = \frac{\omega}{k} \)

La vitesse de groupe est la vitesse de propagation de l'énergie : \( v_g = \frac{d\omega}{dk} \)

Quelle est la relation entre la fréquence, la longueur d'onde et la vitesse de propagation d'une onde ?

Quelle est la vitesse de la lumière dans le vide ?

Quelle est la relation entre la période et la fréquence ?

Quelle est la longueur d'onde d'une radiation de fréquence 6,0×10¹⁴ Hz dans le vide ?