La lumière et le son transportent des informations : ce sont des signaux. Connaître leur vitesse de propagation permet de mesurer des distances, de la profondeur de l’océan jusqu’à la distance Terre-Lune.
Objectifs
- Comparer la propagation des signaux lumineux et sonores
- Utiliser la relation d = v × t et ses variantes
- Exploiter un écho (aller-retour) pour calculer une distance
- Utiliser la notation scientifique pour de grandes valeurs
1. Deux types de signaux
| Signal sonore | Signal lumineux | |
|---|---|---|
| Milieux de propagation | Matériels uniquement (solide, liquide, gaz) | Vide et milieux transparents |
| Vitesse (ordre de grandeur) | Air : environ 340 m/s ; eau : environ 1 500 m/s | Vide et air : environ 3 × 108 m/s |
| Exemples d’usage | Sonar, échographie, communication orale | Fibre optique, télécommande, mesure laser |
2. La relation entre distance, vitesse et durée
d = v × t ⟺ v = ⟺ t =
Pendant un orage, on compte 4 s entre l’éclair et le tonnerre. À quelle distance est la foudre ?
- La lumière arrive quasi instantanément.
- d = v × t = 340 × 4
- d = 1 360 m
La foudre est tombée à environ 1,4 km.
3. Mesurer une distance grâce à un écho
Un émetteur envoie un signal qui se réfléchit sur un obstacle et revient : c’est un écho. La durée mesurée correspond à un aller-retour : le signal parcourt deux fois la distance.
d =
Un sonar de bateau reçoit l’écho des ultrasons 0,4 s après l’émission. Quelle est la profondeur (v = 1 500 m/s dans l’eau) ?
- Distance aller-retour : 1 500 × 0,4 = 600 m
- Profondeur : 600 ÷ 2 = 300 m
Le fond est à 300 m de profondeur.
Un faisceau laser envoyé vers la Lune revient environ 2,56 s plus tard. Estime la distance Terre-Lune (c = 3 × 108 m/s).
- Durée de l’aller : 2,56 ÷ 2 = 1,28 s
- d = 3 × 108 × 1,28 = 3,84 × 108 m
La Lune est à environ 384 000 km de la Terre.
À retenir
- Le son a besoin d’un milieu matériel ; la lumière se propage aussi dans le vide.
- Son dans l’air : environ 340 m/s ; lumière : environ 3 × 108 m/s.
- d = v × t ; pour un écho, la durée mesurée correspond à un aller-retour : d = v × t ÷ 2.
- Sonar, échographie (ultrasons) et télémétrie laser utilisent ce principe.
Et maintenant, à toi !
Vérifie que tu as compris avec les exercices, puis révise avec la fiche.