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Ondes et signaux — Caractéristiques

Programme en vigueur — arrêtés du 17 janvier 2019, applicable en Seconde depuis la rentrée 2019. Voir le texte

Ondes mécaniques et électromagnétiques. Période T, fréquence f = 1/T, longueur d'onde λ. Relation λ = v/f. Spectre électromagnétique (radio → rayons X). Ondes sonores : vitesse dans différents milieux.

La règle d'or

Une onde transporte de l'énergie sans transporter de matière, et sa longueur d'onde dépend du milieu alors que sa fréquence n'en dépend pas.

L'erreur que tout le monde fait

Croire que la longueur d'onde d'un son ou d'une lumière reste la même quand elle passe d'un milieu à un autre.

La fréquence est imposée par la source et ne change pas ; c'est la vitesse qui change avec le milieu, donc la longueur d'onde change avec elle puisque λ = v / f. Confondre les deux fait échouer tout exercice de passage d'un milieu à l'autre, alors que la relation est simple une fois qu'on sait laquelle des deux grandeurs est conservée.

Retenir que la fréquence appartient à la source et la longueur d'onde au milieu.

Télécharger la fiche A4 — Ondes et signaux — CaractéristiquesVersion à trous, pour se testerSans compte, sans adresse e-mail · exercices et corrigé plus bas.

Notions à maîtriser

  • onde
  • période
  • fréquence
  • longueur d'onde
  • spectre
  • ultrason
  • infrarouge
1

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Fiche de révision

Ondes : fréquence, période et longueur d'onde

Ondes et signaux — Caractéristiques 1. Définitions clés Une onde est une perturbation qui se propage dans un milieu (vide, air, eau, etc.) sans transport de matière. Elle transp

Lire la fiche

Pendant un orage, l'éclair arrive tout de suite et le tonnerre plusieurs secondes après. Rien n'a voyagé de la foudre jusqu'à vous : ni air, ni lumière matérielle. Ce qui s'est déplacé, c'est une perturbation — et deux perturbations de vitesses très différentes. Compter les secondes entre l'éclair et le coup de tonnerre, c'est déjà faire de la physique des ondes, et c'est tout ce chapitre en une expérience gratuite.

1Ce qu'est une onde

Définition

Onde — Une onde est la propagation d'une perturbation dans un milieu ou dans le vide. Elle transporte de l'énergie et de l'information, mais pas de matière : le bouchon monté par la vague redescend à sa place, il n'accompagne pas la vague. Une onde mécanique a besoin d'un milieu matériel — le son n'existe pas dans le vide. Une onde électromagnétique se propage même dans le vide : c'est le cas de la lumière.

Définition

Période et fréquence — Pour une onde périodique, la période est la durée d'un motif complet, en secondes. La fréquence est le nombre de motifs par seconde, en hertz (Hz). Les deux sont l'inverse l'une de l'autre : connaître l'une, c'est connaître l'autre.

Définition

Longueur d'onde — La longueur d'onde est la distance parcourue par l'onde pendant une période. Elle se lit sur un enregistrement spatial — une photographie de l'onde à un instant donné — alors que la période se lit sur un enregistrement temporel, en un point fixe. Confondre les deux graphiques est l'erreur la plus coûteuse du chapitre.

Piège

Croire que la longueur d'onde d'un son ou d'une lumière reste la même quand on change de milieu.

Pourquoi — La fréquence est imposée par la source : elle traverse les milieux sans changer. La vitesse, elle, dépend du milieu — le son va environ quatre fois plus vite dans l'eau que dans l'air. Comme , c'est donc la longueur d'onde qui change. Attribuer la constance à la mauvaise grandeur fait rater tous les exercices de passage d'un milieu à un autre.

Le réflexe — La fréquence appartient à la source, la longueur d'onde appartient au milieu.

Calculer une longueur d'onde

  1. Identifier la nature de l'onde et le milieu de propagation, puis relever la vitesse correspondante.
  2. Repérer laquelle des deux grandeurs temporelles est donnée : la période en secondes, ou la fréquence en hertz.
  3. Si c'est la période qui est donnée, passer d'abord à la fréquence.Une période de 2,5 ms correspond à une fréquence de 400 Hz.
  4. Appliquer la relation, toutes les grandeurs étant en unités du système : mètres, secondes, hertz.Ce son de 400 Hz a dans l'air une longueur d'onde de 0,85 m.
  5. Contrôler l'ordre de grandeur : quelques dizaines de centimètres pour un son audible, moins d'un micromètre pour la lumière visible.
Exemple

Le la du diapason a une fréquence de 440 Hz. Le son se propage dans l'air à 340 m·s⁻¹. Calculer sa longueur d'onde, puis sa période.

  1. La longueur d'onde s'obtient en divisant la vitesse par la fréquence :
  2. Soit environ 0,77 m, c'est-à-dire 77 cm — l'ordre de grandeur d'un bras, ce qui est cohérent pour un son audible.
  3. La période est l'inverse de la fréquence :
  4. Soit environ 2,3 ms.

λ ≈ 0,77 m et T ≈ 2,3 ms

2Le son, une onde mécanique

Propriété

La vitesse du son dépend du milieu, et elle augmente quand le milieu est plus dense et plus rigide : environ 340 m·s⁻¹ dans l'air, 1 500 m·s⁻¹ dans l'eau, plus de 5 000 m·s⁻¹ dans l'acier. Dans le vide, le son ne se propage pas du tout : il n'y a rien à faire vibrer.

L'oreille humaine perçoit approximativement de 20 Hz à 20 000 Hz. Au-dessus de cette limite, on parle d'ultrason ; en dessous, d'infrason. Un ultrason n'est pas un son « plus fort » : c'est un son trop aigu pour être entendu. Les chauves-souris, les sonars et l'échographie l'utilisent précisément parce que sa faible longueur d'onde permet de détecter de petits obstacles.

3Le spectre électromagnétique

Règle

Toutes les ondes électromagnétiques vont à la même vitesse dans le vide, environ 300 000 km·s⁻¹. Ce qui les distingue est leur fréquence. Rangées par fréquence croissante, elles forment le spectre : ondes radio, micro-ondes, infrarouge, lumière visible, ultraviolet, rayons X, rayons gamma. Quand la fréquence augmente, la longueur d'onde diminue et l'énergie transportée augmente — d'où la dangerosité croissante vers la droite du spectre.

Le domaine visible n'occupe qu'une bande étroite du spectre, du violet (environ 400 nm) au rouge (environ 800 nm). Juste au-delà du rouge se trouve l'infrarouge, que nous ne voyons pas mais que nous sentons comme une chaleur : c'est lui que détectent les caméras thermiques et les télécommandes.

Piège

Dire qu'une onde de grande longueur d'onde est « plus puissante ».

Pourquoi — C'est l'inverse. L'énergie transportée par une onde électromagnétique croît avec sa fréquence, donc diminue quand la longueur d'onde augmente. Les ondes radio, de très grande longueur d'onde, sont inoffensives ; les rayons X, de très petite longueur d'onde, sont ionisants. La confusion vient du mot « grand », qu'on associe spontanément à « fort ».

Le réflexe — Grande longueur d'onde, petite fréquence, faible énergie — les trois vont ensemble.

  • ▢Ai-je vérifié que mes grandeurs sont en unités du système : mètres, secondes, hertz ?
  • ▢Ai-je bien lu une période sur un graphique temporel et une longueur d'onde sur un graphique spatial ?
  • ▢En changeant de milieu, ai-je gardé la fréquence constante et fait varier la longueur d'onde ?
  • ▢Ma longueur d'onde sonore fait-elle quelques dizaines de centimètres, et non quelques kilomètres ?
  • ▢Ai-je utilisé la vitesse du milieu demandé, et non systématiquement 340 m·s⁻¹ ?
  • ▢Pour un aller-retour d'écho, ai-je pensé à diviser la distance par deux ?

L'essentiel en 9 points

  • ·Une onde propage une perturbation : elle transporte de l'énergie, pas de matière.
  • ·f = 1 / T : la fréquence en hertz, la période en secondes.
  • ·λ = v / f : la longueur d'onde est la distance parcourue en une période.
  • ·La fréquence vient de la source ; la vitesse et la longueur d'onde dépendent du milieu.
  • ·Son : environ 340 m·s⁻¹ dans l'air, 1 500 m·s⁻¹ dans l'eau, rien dans le vide.
  • ·Audible de 20 Hz à 20 kHz ; au-delà, ultrason.
  • ·Spectre par fréquence croissante : radio, infrarouge, visible, ultraviolet, X, gamma.
  • ·Fréquence qui monte : longueur d'onde qui baisse, énergie qui monte.
  • ·Un écho : diviser la distance parcourue par deux.
2

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Trois documents à imprimer, 6 pages en tout : le cours, les exercices avec la place pour écrire, et le corrigé détaillé avec son barème.

Au sommaire du cours

  1. 1. Ce qu'est une onde
  2. 2. Le son, une onde mécanique
  3. 3. Le spectre électromagnétique

Conforme au programme officiel · version 2026.1.

3

Exercices corrigés

1

Vocabulaire. Répondre en une phrase précise.

Connaître
  1. a.Que transporte une onde, et que ne transporte-t-elle pas ?
  2. b.Écrire la relation entre période et fréquence, avec les unités.
  3. c.Définir la longueur d'onde en une phrase.
  4. d.Le son se propage-t-il dans le vide ? Et la lumière ?
  5. e.À partir de quelle fréquence parle-t-on d'ultrason ?
›Voir le corrigé
  1. a. Elle transporte de l'énergie et de l'information, mais pas de matière.
  2. b. f = 1 / T, avec en secondes et en hertz.
  3. c. C'est la distance parcourue par l'onde pendant une période.
  4. d. Le son, onde mécanique, ne s'y propage pas. La lumière, onde électromagnétique, s'y propage.
  5. e. Au-dessus d'environ 20 000 Hz, soit 20 kHz.
2

Un haut-parleur émet un son dont la période vaut 2,5 ms. Vitesse du son : 340 m·s⁻¹ dans l'air, 1 500 m·s⁻¹ dans l'eau.

Calculer
  1. a.Calculer la fréquence de ce son.
  2. b.Calculer sa longueur d'onde dans l'air.
  3. c.Le même son est émis sous l'eau. Calculer sa longueur d'onde dans l'eau.
  4. d.Laquelle des deux grandeurs a changé entre l'air et l'eau ? Justifier.
›Voir le corrigé
  1. a. La fréquence est l'inverse de la période, exprimée en secondes : 2,5 ms = 0,0025 s.
  2. Soit f = 400 Hz.
  3. b. Dans l'air :
  4. Soit λ = 0,85 m.
  5. c. Dans l'eau :
  6. Soit λ = 3,75 m.
  7. d. C'est la longueur d'onde qui a changé. La fréquence est imposée par la source et reste à 400 Hz ; c'est la vitesse qui dépend du milieu, donc la longueur d'onde suit.
3

Deux mesures de terrain. On prendra 340 m·s⁻¹ pour le son dans l'air et 300 000 km·s⁻¹ pour la lumière.

Raisonner
  1. a.Un observateur compte 6 s entre l'éclair et le tonnerre. À quelle distance est tombée la foudre ?
  2. b.Pourquoi peut-on négliger la durée de trajet de la lumière dans ce calcul ?
  3. c.Le Soleil est à 150 000 000 km. Combien de temps sa lumière met-elle à nous parvenir, en secondes puis en minutes ?
  4. d.Ranger par fréquence croissante : infrarouge, ondes radio, rayons X, lumière visible.
›Voir le corrigé
  1. a. Distance parcourue par le son en 6 s :
  2. Soit environ 2 km.
  3. b. Parce que la lumière parcourt ces 2 km en moins d'un cent-millième de seconde : devant 6 s, c'est négligeable. L'éclair est vu pratiquement au moment où il se produit.
  4. c. Durée du trajet :
  5. Soit 500 s, puis en minutes :
  6. Environ 8,3 minutes.
  7. d. Ondes radio, infrarouge, lumière visible, rayons X — c'est l'ordre du spectre électromagnétique, et l'énergie croît dans le même sens.
4

Un sonar de navire émet un ultrason de fréquence 40 000 Hz. Vitesse du son dans l'eau de mer : 1 500 m·s⁻¹.

Modéliser
  1. a.Calculer la période de cet ultrason.
  2. b.Calculer sa longueur d'onde dans l'eau de mer.
  3. c.L'écho du fond revient 0,12 s après l'émission. Quelle est la profondeur ?
  4. d.Pourquoi un sonar utilise-t-il un ultrason plutôt qu'un son audible ?
›Voir le corrigé
  1. a. Période :
  2. Soit T = 25 μs.
  3. b. Longueur d'onde :
  4. Soit λ = 3,75 cm.
  5. c. Les 0,12 s correspondent à l'aller-retour : la distance parcourue est le double de la profondeur.
  6. La profondeur est de 90 m. Oublier la division par deux donnerait 180 m, soit le double de la valeur réelle.
  7. d. Parce que sa longueur d'onde est petite — ici moins de 4 cm. Une onde ne détecte bien que les obstacles de taille comparable à sa longueur d'onde ; un son grave, de plusieurs mètres de longueur d'onde, contournerait les objets au lieu de les renvoyer. De plus l'ultrason n'est pas audible par l'équipage.

Ce qui rapporte des points, ce qui en coûte

  • Écrire et utiliser f = 1 / T avec les bonnes unités3 ptsPerdu si : Oublier de convertir les millisecondes en secondes
  • Calculer une longueur d'onde par λ = v / f4 ptsPerdu si : Multiplier au lieu de diviser
  • Identifier la grandeur conservée lors d'un changement de milieu4 ptsPerdu si : Garder la longueur d'onde constante
  • Ranger les domaines du spectre électromagnétique3 ptsPerdu si : Placer l'infrarouge au-delà des rayons X
  • Traiter un écho en divisant la distance par deux3 ptsPerdu si : Annoncer le double de la profondeur
  • Contrôler l'ordre de grandeur du résultat3 ptsPerdu si : Donner une longueur d'onde sonore de plusieurs kilomètres
4

La méthode

Exploiter la relation entre vitesse, fréquence et longueur d'onde

  1. 1

    Identifier la nature de l'onde et le milieu dans lequel elle se propage.

  2. 2

    Relever la vitesse de propagation dans ce milieu, donnée ou à chercher dans le document.

  3. 3

    Repérer laquelle des deux grandeurs, période ou fréquence, est fournie.

    La période se lit sur un graphique temporel, la longueur d'onde sur un graphique spatial.

  4. 4

    Appliquer λ = v / f après avoir converti toutes les données en unités du système.

  5. 5

    Vérifier l'ordre de grandeur en le comparant au domaine du spectre concerné.

5

Se tester

Physique-ChimieSeconde
Question 1
Un signal radio a une fréquence f=100 MHzf = 100 \text{ MHz}. Quelle est sa longueur d'onde λ\lambda dans le vide ?

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Questions fréquentes

Ondes et signaux — Caractéristiques : c'est en quelle classe ?

Ce chapitre est au programme de Physique-Chimie au lycée, en classe de Seconde. Il est défini par le Bulletin Officiel de l'Éducation nationale, le texte de référence qui fixe ce qui doit être enseigné dans chaque matière.

Que faut-il savoir sur Ondes et signaux — Caractéristiques ?

Ondes mécaniques et électromagnétiques. Période T, fréquence f = 1/T, longueur d'onde λ. Relation λ = v/f. Spectre électromagnétique (radio → rayons X). Ondes sonores : vitesse dans différents milieux. Les notions à maîtriser sont : onde, période, fréquence, longueur d'onde, spectre, ultrason.

Où télécharger la fiche PDF de Ondes et signaux — Caractéristiques ?

Sur cette page, dans le bloc « Imprimer » : 3 documents à télécharger — le cours, les exercices et le corrigé — soit 6 pages au format A4, prêtes à imprimer. Le téléchargement est gratuit, immédiat, et ne demande ni compte ni adresse e-mail.

Le corrigé de Ondes et signaux — Caractéristiques est-il fourni ?

Oui, et c'est un document à part : chaque exercice y est repris étape par étape, avec le barème détaillé en fin de fiche — ce qui est attendu, combien de points, et ce qui fait perdre le point. Un parent qui ne se souvient plus du programme peut corriger une copie avec.

Comment réviser Ondes et signaux — Caractéristiques efficacement ?

Commence par lire la fiche de révision pour remettre la règle en place, puis enchaîne immédiatement sur le quiz de cette page. Répondre juste après avoir lu ne suffit pas : reviens sur le chapitre deux ou trois jours plus tard. C'est l'espacement des révisions, plus que leur durée, qui fait tenir une notion en mémoire. Une session de quinze minutes répétée vaut mieux qu'une heure unique.

Faut-il un compte pour s'entraîner sur Ondes et signaux — Caractéristiques ?

Non. Les quiz, les corrections détaillées et les fiches de révision sont accessibles sans créer de compte et sans donner d'adresse e-mail. Le compte gratuit sert uniquement à conserver la progression d'un appareil à l'autre.

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