Signaux sonores et lumineux — Entraînement Brevet 2026

La hauteur d'un son (aigu ou grave) est determinee par sa frequence, qui s'exprime en hertz (Hz). Plus la frequence est elevee (ex: 1000 Hz), plus le son est aigu. Plus la frequence est basse (ex: 100 Hz), plus le son est grave. L'intensite correspond au volume (fort/faible), la duree au temps d'emission, et le timbre permet de distinguer deux instruments jouant la meme note. Pour retenir: pensez a une voix d'homme (grave = basse frequence) et une voix d'enfant (aigu = haute frequence).

Le son est une onde mecanique qui necessite un milieu materiel pour se propager. Il se deplace dans les gaz (comme l'air), les liquides (comme l'eau) et les solides (comme le metal), souvent plus vite dans les solides que dans les liquides, et plus vite dans les liquides que dans les gaz. Dans le vide spatial, il n'y a pas de molecules pour transmettre les vibrations, donc le son ne peut pas s'y propager. C'est pourquoi dans l'espace, 'personne ne vous entend crier' - une bonne astuce pour memoriser ce concept.

La vitesse de la lumiere dans le vide est une constante fondamentale de la physique, notee 'c', et vaut approximativement 300 000 kilometres par seconde (plus precisement 299 792 458 m/s). Cette vitesse est si grande que la lumiere du Soleil met seulement environ 8 minutes pour nous parvenir, alors que la distance Terre-Soleil est d'environ 150 millions de kilometres. Pour memoriser : retenez '300 mille kilometres par seconde' - c'est la vitesse maximale dans l'univers selon la theorie de la relativite.

La refraction est la deviation de la lumiere lorsqu'elle passe d'un milieu transparent a un autre (comme de l'air a l'eau). Cette deviation est due au changement de vitesse de la lumiere : elle ralentit dans l'eau par rapport a l'air. Les rayons lumineux provenant du baton sous l'eau sont refractes en sortant de l'eau, ce qui donne l'impression que le baton est casse a la surface. La loi de la refraction (loi de Snell-Descartes) precise que n1 × sin(i1) = n2 × sin(i2), ou n est l'indice de refraction du milieu.

La periode T (en secondes) est le temps necessaire pour accomplir un cycle complet d'un phenomene periodique. La frequence f (en hertz) est le nombre de cycles par seconde. Elles sont inversement proportionnelles : T = 1/f ou f = 1/T. Par exemple, si un son a une frequence de 50 Hz (50 cycles par seconde), sa periode est de 1/50 = 0,02 seconde. Cette relation est fondamentale pour tous les phenomenes periodiques, qu'ils soient sonores (vibrations) ou lumineux (ondes electromagnetiques).

La lumiere se propage en ligne droite dans un milieu homogene et transparent. Cette propagation rectiligne explique la formation d'ombres portees : lorsqu'un objet opaque est place devant une source lumineuse, il bloque les rayons lumineux qui se propagent en ligne droite, creant une zone d'ombre derriere lui. Si la source est ponctuelle, l'ombre a des contours nets ; si la source est etendue, on observe une ombre et une penombre. Ce principe est utilise dans les cadrans solaires et explique les eclipses.

L'oreille humaine moyenne percoit les sons dont la frequence est comprise entre 20 hertz (sons tres graves) et 20 000 hertz (sons tres aigus). En dessous de 20 Hz, on parle d'infrasons (percus par certains animaux comme les elephants). Au-dessus de 20 000 Hz, on parle d'ultrasons (utilises par les chauves-souris pour l'echolocalisation et en echographie medicale). Cette plage auditive diminue generalement avec l'age, en particulier pour les hautes frequences. Un bon moyen de memoriser : 'de 20 a 20 000' - deux extremes avec le chiffre 20.

Un prisme en verre ou en plastique transparent permet de decomposer la lumiere blanche en ses differentes couleurs constitutives, c'est le phenomene de dispersion. Cela se produit parce que l'indice de refraction du prisme varie legerement avec la longueur d'onde (couleur) de la lumiere : la lumiere violette est plus deviee que la lumiere rouge. On obtient ainsi le spectre continu de l'arc-en-ciel : rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo, violet. Newton a realise les premieres experiences systematiques avec un prisme au XVIIe siecle.

La relation fondamentale entre distance (d), vitesse (v) et temps (t) pour un mouvement uniforme est : d = v × t. Cette formule s'applique aussi bien aux signaux sonores qu'aux signaux lumineux. Par exemple, pour calculer la distance d'un orage : si on compte 3 secondes entre l'eclair et le tonnerre, et que la vitesse du son dans l'air est d'environ 340 m/s, alors la distance est d = 340 × 3 = 1020 metres (environ 1 km). Pour la lumiere, avec v = 300 000 km/s, les distances sont enormes : en 1 seconde, elle parcourt 300 000 km.

La resonance est un phenomene physique ou un systeme (ici l'antenne) entre en vibration maximale lorsqu'il est excite a sa frequence propre. Une antenne radio est concue pour avoir une longueur et une forme qui correspondent a la frequence (ou a une gamme de frequences) des ondes radio qu'elle doit capter. Quand une onde radio de la bonne frequence arrive, elle fait vibrer les electrons dans l'antenne, creant un courant electrique faible qui est ensuite amplifie et decode. C'est le meme principe qu'un diapason qui entre en vibration lorsqu'on chante la bonne note a cote de lui.