4e · Chapitre 11
Le son et la lumière sont des signaux qui transportent des informations à des vitesses très différentes : 340 m/s pour le son dans l'air, 300 000 km/s pour la lumière. On mesure la distance d'un orage à partir du décalage entre l'éclair et le tonnerre, on compare les milieux de propagation, puis on sonde le fond d'une cuve comme un sonar sonde l'océan.
La lumière traverse quelques kilomètres en un temps négligeable : on voit l’éclair au moment où il se produit. Le son, lui, parcourt environ 340 mètres par seconde. Le décalage entre l’éclair et le tonnerre donne donc la distance de l’orage.
Ouvrir l’animationUn signal sonore se propage grâce à la matière, de proche en proche : sa vitesse dépend du milieu traversé — environ 340 m/s dans l’air, 1500 m/s dans l’eau, 5000 m/s dans l’acier. Dans le vide, il n’y a pas de matière à mettre en mouvement : le son ne s’y propage pas.
Ouvrir l’animationLe sonar mesure une profondeur sans descendre : le bateau émet une salve sonore, elle se réfléchit sur le fond et revient. Entre l’émission et la réception, le son parcourt deux fois la profondeur. On écrit donc p = v × t ÷ 2, avec v ≈ 1500 m/s dans l’eau de mer. Par gros temps, la coque monte et descend avec la houle : la profondeur lue change d’une salve à l’autre.
Ouvrir l’animationLe son et la lumière sont des signaux qui transportent des informations. La lumière se propage à environ 300 000 km/s dans le vide et dans l'air; le son se propage à 340 m/s dans l'air et a besoin d'un milieu matériel. La relation d = v × t permet de calculer des distances, et même de sonder l'océan ou l'espace.
Il transporte une information d'un émetteur vers un récepteur : sirène, phare, télécommande, fibre optique…
La lumière ne se propage pas instantanément : sa vitesse est finie. Dans le vide et dans l'air, elle vaut environ 300 000 km/s.
La vitesse de la lumière n'est pas la même dans tous les milieux : elle diminue dans la matière transparente.
Dans l'air à 15 °C, le son se propage à 340 m/s, soit environ 1/3 de kilomètre par seconde.
Le son ne peut pas se propager dans le vide : il lui faut un milieu matériel (air, eau, solide). La lumière, elle, traverse le vide.
Pendant un orage, on compte les secondes entre l'éclair et le tonnerre, puis on divise par 3 : on obtient la distance de l'orage en kilomètres.
Unité de distance : c'est la distance parcourue par la lumière en une année. Elle rend les distances de l'Univers faciles à manipuler.
Sonar, radar, lidar : le signal se réfléchit sur l'obstacle et fait un aller-retour. Il parcourt deux fois la distance : 2d = v × t.
Son dans l'air : 340 m/s. Son dans l'eau : 1 500 m/s. Lumière : 300 000 km/s. On convertit si besoin pour avoir des m/s.
On mesure la durée t du trajet du signal, en secondes.
d = v × t : la distance en mètres est le produit de la vitesse (m/s) par la durée (s).
Pour un sonar ou un radar, le signal parcourt 2d : la distance cherchée est d = (v × t) ÷ 2.
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