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Leçon n° 4 : ONDES ET PARTICULES

 

1- LES ONDESELECTROMAGNETIQUES QUI PARVIENNENT SUR LA TERRE


1-1 Les ondes électromagnétiques de source extraterrestre

Le Soleil et les autres corps de l'Univers envoient sur Terre des particules et des ondes électromagnétiques de toutes longueurs d'onde :

· Chaque onde électromagnétique est caractérisée par sa fréquence qui reste la même dans tous les milieux qu'elle traverse. Par contre la vitesse et la longueur d'onde = v T = v / f dépendent du milieu dans lequel elle se propage.

· L'il humain est sensible aux ondes lumineuses de fréquences comprises entre :

fr = 3,75 ´ 10 14 Hz (rouge) et fv = 7,50 ´ 10 14 Hz (violet)

· Rappelons que dans le vide (ou l'air) toutes ces ondes se déplacent à la même vitesse (célérité) C = 3,00 ´ 10 8 m / s. Le vide et l'air sont donc des milieux non dispersifs.

· Les autres milieux transparents sont dispersifs, c'est à dire que la vitesse de propagation V d'une onde lumineuse dépend de sa fréquence f (f détermine la couleur).

Par exemple dans le verre flint Vr = 1,85 ´ 10 8 m / s (rouge) et Vb = 1,83 ´ 10 8 m / s (bleu). (7)

Remarque 1 : Dans le Lexique de Physique on peut revoir la réfraction et la dispersion des ondes lumineuses.

Remarque 2 : L'Univers possède des émetteurs "chauds" comme les étoiles, Soleil compris, qui émettent beaucoup d'ondes électromagnétiques, notamment les plus énergétiques (fréquences élevées) et des émetteurs "froids" comme les nuages interstellaires ou des corps solides qui émettent des rayonnements de fréquences plus basses. Une partie de ces rayonnements électromagnétiques et certaines particules rencontrent la Terre. La Terre peut même recevoir des météorites plus ou moins massiques.


1-2 Absorption de rayonnements ou de particules par l'atmosphère terrestre.

L'air qui entoure la Terre absorbe une partie importante des rayonnements ou des particules qui parviennent de l'Univers. Cela a un coté bénéfique pour la santé de l'homme mais un coté gênant pour l'observation de l'Univers. C'est pour cela que les observatoires sont construits en altitude et que des satellites mettent sur orbite des télescopes performants. C'est le cas du télescope Hubble mis en orbite en 1990 à près de 600 km d'altitude.

Certaines particules interagissent avec l'atmosphère en donnant des particules secondaires pouvant atteindre le sol. C'est le cas des muons qui portent la même charge élémentaire que les électrons mais qui sont 207 fois plus massique. On les détecte dans des chambres à brouillard.


1-3 Détection des ondes électromagnétiques

Sur Terre on trouve de nombreux observatoires équipés de lunettes astronomiques ou de télescopes de toute nature, pour l'observation du rayonnement visible, infrarouge Ces observatoires ont également des antennes radio détectant de nombreuses gammes de longueur d'onde.

Les satellites astronomiques s'affranchissent des effets de l'atmosphère terrestre et observe efficacement les rayonnements de toutes fréquences.

 

2- LES ONDES MECANIQUES DANS LA MATIERE


Certaines ondes dites mécaniques ont besoin d'un milieu matériel pour se propager contrairement aux ondes électromagnétiques qui peuvent aussi se propager dans le vide.


2-1 Exemples d'ondes mécaniques

· Les ondes sonores se propagent dans l'air et dans les solides, voire dans l'eau. L'énergie transportée fait vibrer notre tympan et peut parfois être néfaste : bris de vitre, altération du tympan, etc.

· La houle se propage à la surface des océans.

· Les ondes sismiques suivent un tremblement de terre. Elles sont de différents types. Des sismographes permettent de localiser leurs épicentres sur la verticale de l'hypocentre. Leurs amplitudes se mesurent sur l'échelle de Richter.

Magnitude

Description des effets

moins de 2

Micro tremblements, non ressentis, très fréquents : Environ 8000 par jour.

2 à 3

Tremblements mineurs, non ressentis mais enregistré par les sismographes. Près de 1000 par jour.

3 à 4

Tremblements mineurs mais ressentis. Peu de dégâts. Près de 50 000 par an.

4 à 5

Tremblements légers avec possibilités de dégâts notables. Environ 6000 par an.

5 à 6

Tremblements modérés. Dommages importants sur des édifices mal conçus. Près de 800 par an.

6 à 7

Tremblements forts. Dégâts sur des zones de 300 km de diamètre. Plus de 100 par an.

7 à 8

Tremblements majeurs. Dégâts pouvant être sévères sur des zones importantes. Environ 20 par an.

8 à 9

Tremblements importants. Dommages sur des centaines de km. Environ 1 par an.

9 et plus

Tremblements dévastateurs. Dégâts importants sur des milliers de km. Environ 1 à 5 par siècle.

2-2 Détecteurs d'ondes mécaniques et de particules

· Le compteur Geiger permet de détecter des particules émises par des noyaux radioactifs.

· Les sismographes permettent d'étudier les tremblements de terre.

· Un sonomètre permet de mesurer le niveau de pression acoustique, une grandeur physique liée au volume sonore. On l'utilise notamment dans les études de pollution sonore.

Remarque : Les leçons qui suivent permettent d'approfondir la connaissance des ondes mécaniques, notamment des ondes sonores.

 

A VOIR :

Exercice 4-A : Connaissances du cours n° 4.

Exercice 4-B : Propagation d'une onde le long d'une corde.

Exercice 4-C : - - - -

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