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Longueur d'onde

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L’axe x représente les distances parcourues, et y est la valeur d’une grandeur qui varie (par exemple la pression de l’air pour une onde sonore).

La longueur d'onde est une grandeur qui caractérise une onde. Elle se mesure en mètre ou en multiple ou sous-multiple du mètre. Elle représente la distance qui sépare deux crêtes d'une onde, donc la longueur du dessin de l'onde qui se répète.

Formule de calcul[modifier | modifier le wikicode]

La longueur d'onde est notée λ (lambda) et dépend de deux paramètres :

  • la fréquence de l'onde,
  • sa vitesse de propagation.

Si la fréquence notée F de l'onde est exprimée en Hertz et sa vitesse de propagation notée V est exprimée en mètres par seconde (m/s), alors la longueur d'onde notée λ exprimée en mètres se calcule grâce à la formule suivante :

Influence de la matière traversée[modifier | modifier le wikicode]

Selon la matière traversée, la vitesse de propagation d'une onde peut changer. Toutefois, c'est la fréquence de l'onde qui est sa caractéristique importante. Si la vitesse de propagation d'une onde change en passant d'une matière à une autre, sa longueur d'onde changera aussi.

Ondes sonores[modifier | modifier le wikicode]

La vitesse du son varie beaucoup en fonction de la matière traversée :

  • dans l'air à 15 °C au niveau de la mer : environ 340 m/s soit 1 224 km/h,
  • dans l'eau, quatre fois plus vite, soit environ 1 500 m/s = 5 400 km/h,
  • dans le fer la vitesse du son est d'environ 5 960 m/s soit 21 456 km/h.

En musique, la hauteur d'un son ne dépend que de sa fréquence. Il existe une note de musique particulière qu'on appelle le La3 et qui a la particularité de n'être entendue ni grave, ni aiguë. Sa fréquence est de 440 Hz.

Les sons de fréquence inférieure sont plus graves alors que les sons de fréquence supérieure sont plus aiguës. Entre deux octaves, la fréquence d'un son est multipliée ou divisées par 2.

Avec la formule écrite un peu plus haut, on peut calculer que la longueur d'onde d'un La3 est d'environ 77,3 cm s'il se propage dans l'air. Dans l'eau, sa longueur d'onde est beaucoup plus longue (environ 3,41 m) mais c'est toujours la même note de musique qu'on entendra.

Le savais-tu.png
Le savais-tu ?
Haut-parleur de scène
Sur les scènes de concert, il y a souvent des haut-parleurs branchés en opposition de phase. Lorsque la membrane des haut-parleurs dirigés vers le public vibrent dans un certain sens, ceux dirigés vers les musiciens envoient le même son, mais avec la vibration dans l'autre sens. Les deux sons entendus depuis la scène s'atténuent mutuellement.

Ce système fonctionne avec les sons graves dont la longueur d'onde est de plusieurs mètres mais n'est pas utilisé pour les sons aiguës dont la longueur d'onde n'est que de quelques dizaines de centimètres ou même de quelques centimètres seulement, car en fonction de la position du musicien, ces sons pourraient être soit atténués, soit renforcés.

Il existe aussi des casques antibruit avec un micro qui captent les sons ambiants et atténuent de la même manière les sons graves, mais eux seuls.

Ondes électromagnétiques[modifier | modifier le wikicode]

Dans le vide toutes les ondes électromagnétiques se déplacent à une vitesse très précise : 299 792,458 km/s.

Par contre, dès qu'une onde électromagnétique traverse de la matière, sa vitesse moyenne diminue.

Les couleurs du spectre visible (violet au rouge) avec les longueurs d'onde dans le vide en nanomètres.

Dans le cas de la lumière visible :

  • dans l'air sa vitesse est proche de 299 700 km/s,
  • dans l'eau, elle est d'environ 225 000 km/s,
  • dans le verre, environ 200 000 km/s, mais certains verres ralentissent plus le lumière que d'autres,
  • dans le diamant, environ 124 000 km/s seulement.

De plus, la perte de vitesse des ondes électromagnétiques qui traversent de la matière est plus forte dans les hautes fréquences (courtes longueur d'ondes) que pour des fréquences plus basses (longueurs d'ondes plus longues). C'est d'ailleurs pour cette raison qu'un prisme peut décomposer la lumière blanche en différentes lumières colorées.

Toutefois, c'est la fréquence de l'onde électromagnétique qui détermine la quantité d'énergie que chaque photon transporte, et donc, dans le cas de la lumière visible, la couleur de cette lumière.

Malgré tout, peut être parce qu'indiquer des fréquences aboutirait à des nombres très élevés (mais aussi parce qu'on utilisait les longueurs d'ondes pour les ondes radio), pour toutes les catégories d'ondes électromagnétiques, on indique leur longueur d'onde dans le vide plutôt que leur fréquence.

Par exemple, la lumière visible s'étend officiellement de 380 nanomètres à 780 nm bien qu'en deçà de 400 nm (violet) et au delà de 700 nm, on ne voit vraiment plus grand-chose.

Ainsi, la lumière jaune a une longueur d'onde dans le vide et dans l'air d'environ 570 nm. Mais si elle traverse un diamant, sa longueur d'onde diminuera à 235,6 nm, ce qui dans l'air ou dans le vide correspond à un rayon ultraviolet assez dangereux. Néanmoins, ça restera de la lumière jaune qui, lorsqu'elle sortira du diamant, retrouvera sa longueur d'onde de 570 nm.

Longueur d'onde ou fréquence pour la radio ?[modifier | modifier le wikicode]

Récepteur radio gradué en longueur d'onde en mètres et en cycles par seconde.

Pour les ondes radio, avant 1938, les récepteurs étaient gradués en mètres et en multiples du mètre1. Pour écouter une station, on choisissait sa longueur d'onde.

À la Conférence du Caire en 1938, les kc/s et Mc/s, (kilo cycles par seconde et méga cycles par seconde) font leur apparition devant le mètre2. On peut donc sélectionner une fréquence.

Puis, à la Conférence des radiocommunications d’Atlantic City de 1947 les kc/s et Mc/s deviennent la référence 3.

Enfin, depuis 1959 l'union internationale des télécommunications recommande la fréquence en Hz (Hertz) et les multiples du Hertz4. Néanmoins, jusque vers 1980, on pouvait acheter des postes de radio qui indiquaient à la fois la longueur d'onde et la fréquence des stations, sauf pour la modulation de fréquence mentionnée seulement en mégahertz.

Références[modifier | modifier le wikicode]

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