Pour ce nouvel article, Les Sherpas t’emmènent dans le monde de la physique. Dit comme ça, ça peut faire peur. 😰
Mais ne t’inquiète pas, à la fin de cet article et grâce à l’aide de quelques cours de physique avec nos professeurs, tu seras un as de cette notion !
En route ! 🚘
Qu’est-ce qu’une longueur d’onde ?
Tout d’abord, une onde est une perturbation qui se propage à travers un milieu, matériel ou non. Elle transporte de l’énergie sans déplacement permanent de matière. Les longueurs d’ondes sont omniprésentes dans notre univers et peuvent se manifester sous de nombreuses formes.
Les différentes ondes
Comme dit précédemment, il existe de nombreux types d’ondes autour de nous.
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Les ondes mécaniques, telles que les ondes sonores et sismiques, qui nécessitent un milieu matériel pour se propager.
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Les ondes électromagnétiques, comme la lumière et les ondes radio, qui se propagent à travers le vide et n’ont pas besoin de milieu matériel.
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Les ondes de surface, telles que les vagues à la surface de l’eau.
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Les ondes stationnaires, qui semblent rester à un endroit précis plutôt que de se propager.
La longueur d’onde, késako ? 🤔
La longueur d’onde est une mesure fondamentale associée aux ondes. Elle représente la distance entre deux points identiques d’une onde, tels que deux creux successifs, par exemple. En d’autres termes, la longueur d’onde calcule la distance spatiale entre deux points équivalents de l’onde.
Le savais-tu ? 💡
La fréquence d’une onde est identique lorsque l’onde passe d’un milieu à un autre avec une vitesse différente. Mais sa longueur d’onde peut varier.
La longueur d’onde est liée à la taille des motifs répétitifs d’une onde. Dans le cas de la lumière, la longueur d’onde correspond à la distance entre deux crêtes ou deux creux d’une onde électromagnétique.
Une crête, c’est quoi ? 🧐
Une crête est la partie haute d’une onde alors qu’un creux est la partie basse.
La longueur d’onde est un concept essentiel pour comprendre et caractériser les ondes, que ce soit dans le domaine de la physique ou encore de l’astronomie. Elle permet de décrire la manière dont elles se propagent à travers l’espace et influencent notre perception des phénomènes ondulatoires.
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Les différentes unités
La longueur d’onde est souvent notée à l’aide de la lettre grecque lambda (λ).
Dans le système international (SI), la longueur d’onde est mesurée en mètre (m). Cependant, dans le système usuel, elle est mesurée en nanomètre (nm).
Le savais-tu ? 💡
1 nm = 10-9 m
Il existe une multitude d’unités de mesure comme les micromètres, les Angstrom, les picomètres ou encore les centimètres. Mais ce sont clés deux unités ci-dessus qui sont la plupart du temps utilisées.
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Les différentes longueurs d’ondes
Après avoir parlé des longueurs d’ondes de manière générale, parlons en plus en détail. 😉
En effet, il existe une multitude de longueurs d’ondes, qui sont toutes différentes entre elles. Eh oui, dans notre quotidien, nous sommes entourés par elles, dans une multitude de situations.
Longueurs d’ondes de la lumière
Les longueurs d’onde de la lumière se situent dans un domaine bien spécifique du spectre électromagnétique. Elles sont une onde électromagnétique, et leur gamme de longueurs d’onde sont essentielles pour comprendre la perception des couleurs par l’œil humain.
Le spectre lumineux est la partie du spectre électromagnétique que l’œil humain peut percevoir. Il s’étend approximativement de 380 nm à 750 nm en longueur d’onde.
Le savais-tu ? 💡
Cette gamme de longueurs d’onde est la grande responsable de la vision des couleurs.
Les longueurs d’onde de la lumière visible sont responsables des différentes couleurs de l’arc-en-ciel, qui peuvent être observées lorsque la lumière blanche du soleil est dispersée par des gouttelettes d’eau dans l’atmosphère. Les couleurs de l’arc-en-ciel, dans l’ordre de longueur d’onde croissante, sont violet, indigo, bleu, vert, jaune, orange et rouge. 🌈
Chaque couleur correspond à une longueur d’onde associées (en nm). Par exemple, le violet est associé à des longueurs d’onde plus courtes (environ 380-450 nm), tandis que le rouge est associé à des longueurs d’onde plus longues (environ 620-750 nm). Les autres couleurs de l’arc-en-ciel sont prises en sandwich entre ces deux longueurs d’ondes. 🥪
Bon à savoir 👍
La connaissance des longueurs d’onde de la lumière visible est essentielle dans de nombreux domaines, de l’art à la science. Elle est utilisée dans la conception des écrans d’ordinateurs et de téléviseurs, dans la photographie, la colorimétrie, l’astronomie, et bien d’autres domaines.
Longueurs d’onde sonores
Les longueurs d’onde sonores sont associées aux ondes sonores, qui sont de la pression se propageant à travers un milieu qui est généralement de l’air.
Le savais-tu ? 💡
Contrairement à la lumière, qui est une onde électromagnétique, le son est une onde mécanique qui nécessite un milieu matériel pour se propager.
Les longueurs d’onde des sons audibles par l’oreille humaine varient considérablement en fonction de la fréquence. La plage de fréquences audibles pour la plupart des êtres humains s’étend généralement d’environ 20 hertz (Hz) à 20 kHz (kilohertz).
Le savais-tu ? 💡
Les sons en dehors de cette gamme ne sont généralement pas perçus par l’oreille humaine.
La vitesse à laquelle le son se propage dépend du milieu à travers lequel il voyage. La vitesse du son est un facteur important pour calculer la longueur d’onde. « λ » est la longueur d’onde, « v » est la vitesse du son, et « f » est la fréquence.
La connaissance des longueurs d’onde sonores est essentielle dans des domaines comme celui de l’acoustique, l’ingénierie audio, la musique, la médecine (avec l’échographie).
Longueurs d’ondes liées à la température : loi de Wien
La loi de Wien établit une relation fondamentale entre la température d’un objet chauffé et la longueur d’onde à laquelle il émet le maximum de son rayonnement thermique. Elle est essentielle pour comprendre le rayonnement électromagnétique émis par des objets chauffés, y compris les étoiles. ✨
Elle s’exprime par une équation mathématique qui relie la longueur d’onde de l’émission maximale (λ_max) à la température (T) d’un objet noir idéalisé, appelé « radiateur parfait ». Cette équation est la suivante :
👉 λ_max * T = constante de Wien
La constante de Wien est une constante physique, environ égale à 2,898 × 10^(-3) m·K, dans le système international d’unités.
Bon à savoir 👍
Dans la loi de Wien, la température s’exprime en Kelvin (K). C’est cette unité qui permet de mesurer la température.🌡️
Voici les principales conclusions que l’on en tire :
Lorsque la température d’un objet augmente, la longueur d’onde à laquelle il émet le maximum de son rayonnement thermique diminue. Pour faire simple, les objets chauds émettent un rayonnement avec une longueur d’onde plus courte et les objets froids émettent un rayonnement avec une longueur d’onde plus longue.
Elle est largement utilisée en astronomie pour déterminer la température des étoiles en fonction de la couleur de leur lumière. Les étoiles chaudes, comme les étoiles bleues, ont des températures plus élevées et émettent principalement dans le bleu et le violet, tandis que les étoiles plus froides, comme les étoiles rouges, émettent principalement dans le rouge.
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Comment calculer une longueur d’onde
Après avoir lu les histoires du père Castor sur les longueurs d’onde, voyons ensemble comment les calculer. 🤓
La théorie
Si l’onde a une vitesse de propagation (c) et une période (T), alors on peut calculer sa longueur comme cela : λ = c x T
Bon à savoir 👍
λ est calculé en mètre (m), c en mètre par seconde (m.s-1) et T en seconde (s).
Il est aussi possible de calculer la longueur d’onde quand on connaît sa vitesse de propagation c et sa fréquence f (eh oui, il y a plusieurs solutions) : λ = c/f
Bon à savoir 👍
f se calcule en hertz (Hz)
⚠️ IMPORTANT : Pour utiliser ces relations, il faut que la longueur d’onde soit proportionnelle à la période et que la longueur d’onde soit proportionnelle à la fréquence.
Petits exemples :
1- Une onde sismique (onde mécanique) a une période de 5s et une vitesse de propagation de 10 m.s-1. Quelle est sa longueur d’onde ?
λ = c x Tλ = 10 x 5λ = 50m
2- Une onde sonore a une fréquence de 1500 Hz et une vitesse de propagation de 343 m.s-1. Quelle est sa longueur d’onde ?
λ = c/f λ = 343/1500 λ = 0,23 m
Et voilà, maintenant tu peux te lancer dans tes propres exercices ! 🙂
Quoi ? Tu n’es pas encore prêt ? Pas de panique, nos professeurs de physique sont là pour toi. Viens prendre ton cours particulier de physique. 😉
Enfin bref, on espère que cette fiche de cours te servira dans tes études et nous on se retrouve pour un prochain article, bye bye ! 👋
