Un site sur les chiffres significatifs :

Chapitre C3 – Titrage

Chapitre C7 – Synthèse d’espèces chimiques organiques

Chapitre C6 – Structure des entités organiques

Chapitre C4 – De la structure à la polarité d’une entité.

Chapitre P6 – Modèles ondulatoire et particulaire de la lumière

Chapitre P5 – Ondes mécaniques

Chapitre P4 – Mouvement

Chapitre P3 – Fluides

Chapitre P2 – Champs

Chapitre P1 – Images et couleurs

La configuration électronique

Application de simulation de remplissage des couches électroniques (base modèle de Bohr)

https://chimie.ostralo.net/structure_electronique/

Schéma de lewis dihydrogène, méthane.
Schéma de lewis doublets liants et non liants.

<objet type= »text/html » data=https://web-labosims.org/animations/App_refraction_reflexion/App_refraction&reflexion.html style=”height: 384px;width: 612px; border: 0; overflow: hidden;” ></object>
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Article sur la couleur : https://savanturiers.fr/les-couleurs/

COURS CHAPITRE LA LUMIERE

Chapitre 4 : Les spectres lumineux

1. La lumière blanche

1.1.La dispersion de la lumière blanche (Voir TP n°4)

Définition :

On appelle lumière blanche toute lumière dont la décomposition par un prisme (ou un réseau) donne un une figure colorée qui contient toutes les couleurs de l’arc en ciel.

La lumière peut être décomposée, à l’aide d’un prisme, en une infinité de radiation (ou lumières) colorées :

La figure colorée obtenue à partir d’une source de lumière blanche contient l’ensemble des couleurs de l’arc-en-ciel.

A RETENIR : La lumière blanche est composée d’une infinité de radiations colorées (ou lumières colorées) dont la décomposition (par un prisme ou un réseau) donne une figure colorée contenant une infinité de couleurs.

1.2 La longueur d’onde

Définition :

Chaque radiation (ou onde électromagnétique) émise par une source peut être caractérisée, dans le vide (ou dans l’air), par une grandeur physique appelée longueur d’onde. Elle se note l et s’exprime, dans le système international des unités (SI), en mètre (symbole : m).

Le domaine visible (lumière visible) est constitué d’une infinité de lumières colorées ou radiation, dont les longueurs d’onde vont de 380 nm (violet) à 780 nm (rouge) :

Couleur de la radiation en fonction de La longueur d’onde exprimé en nanomètre (nm) avec 1 nm = 10-9.

Exemple : Longueur d’onde d’une radiation violette de longueur d’onde : 𝜆 = 410 𝑛𝑚 =  410.10-9 𝑚 = 4,10. 10-7 𝑚

Longueur d’onde d’une radiation rouge de longueur d’onde : 𝜆 = 715 𝑛𝑚 = 715.10-9 𝑚 = 7,15. 10-7 𝑚   

Principe de la dispersion de la lumière par un prisme

Lorsqu’un faisceau de lumière blanche traverse un prisme, elle est décomposée en ses différentes lumières colorées : les radiations bleues sont plus déviées que les radiations rouges, car l’indice de réfraction d’un milieu dépend de la longueur d’onde. C’est le phénomène de dispersion de la lumière, qui donne naissance à la figure colorée.

Observation :

 Dispersion de la lumière blanche par un prisme                                         Figure colorée obtenue avec la lumière blanche

A RETENIR :

> On appelle lumière monochromatique, une lumière qui ne contient qu’une seule radiation (une seule couleur) : la figure colorée obtenue avec un système dispersif (prisme ou réseau) ne contient qu’une seule longueur d’onde.

> On appelle lumière polychromatique, une lumière composée d’un ensemble de lumières monochromatiques : sa décomposition par un système dispersif (prisme ou réseau) donne une figure colorée contenant plusieurs radiations (plusieurs longueurs d’onde).

2. Les spectres d’émission (Voir TP n°4)

Définitions :

On appelle spectre d’une lumière, l’image que l’on obtient en décomposant cette lumière avec un prisme ou un réseau (appelés systèmes dispersifs). L’appareil utilisé pour observer un spectre est un spectroscope ; On appelle spectre d’émission le spectre de la lumière directement émise par une source de lumière.

Exemples de spectres issus de lampe du commerce :

lampe à incandescence (filament)

2.1 Les spectres continus d’origine thermique

Définition : On appelle spectre continu d’émission, un spectre qui contient des radiations qui se suivent sans interruption.

Quand la température d’un corps (solide, liquide ou gaz sous forte pression) augmente, sa couleur passe du rouge (orangé) au jaune puis au blanc. Lorsqu’il est fortement chauffé, il émet un rayonnement d’origine thermique dont le spectre est continu. L’intensité de chaque radiation du spectre ne dépend que de la température : plus le corps est chaud et plus il s’enrichit en radiation de courtes longueurs d’onde (radiations bleues).

De gauche à droite, la température de la lampe augmente

A RETENIR :

Un corps chaud émet un rayonnement de spectre continu, dont les propriétés (intensité des radiations et nombre de radiations) dépendent de la température.

2.2 Les spectres de raies

Définition :

On appelle spectre de raies d’émission un spectre qui contient des raies colorées monochromatiques (une seule longueur d’onde) sur un fond noir. C’est un spectre d’émission discontinu.

Lorsque les atomes ou les ions d’un gaz (sous faible pression) sont excités (par chauffage ou décharges électriques), ils peuvent émettre de la lumière dont le spectre est composé d’un nombre limité de radiations monochromatiques bien distinctes, qu’on visualise sous forme de raies :

A RETENIR :

–        Le spectre de la lumière émise par un gaz, constitué d’atomes ou d’ions simples (sous faible pression et à haute température), est un spectre de raies d’émission. Chaque entité chimique (atome ou ion) possède un spectre de raies d’émission spécifique, ce qui permet de l’identifier.

Exemples :

=> Spectre de raie d’émission du sodium (lumière monochromatique)

Lumière d’aspect jaune-orangé utilisée sur les routes et les tunnels :

=> Spectre de raies d’émission du mercure (lumière polychromatique constituée de plusieurs raies) .

les lampes au mercure sont encore utilisées dans les bâtiments industriels.

=> Laser hélium néon :

2.3 Vitesse de la lumière :  La valeur de la vitesse (=célérité) de la lumière dans le vide et dans l’air : c = 3,00.108 m.s-1

Rappels :  le calcul de la vitesse est donné par la formule :

\[v = {d \over ∆t}\]

 d en mètre (m) et ∆t en seconde (s) , mais, dans le vide, on peut utiliser cette formule avec la célérité de la lumière noté c soit :

\

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f5/Light_dispersion_conceptual_waves.gif

Le schéma ci-contre illustre le phénomène de dispersion. La lumière blanche pénètre dans le prisme. Le prisme décompose la lumière blanche.

P3 – Lentilles minces convergentes

  1. Modélisation des lentilles minces convergentes.
  2. Zone de Texte: Une lentille convergente est un objet transparent, homogène, plus épais en son centre qu’en ses bords. Elle est représentée par un segment fléché, son symbole (L), son centre optique O et son axe optique ∆ (droite perpendiculaire à la lentille et passant par O). Définition :
Une image contenant ligne, diagramme, Tracé

Description générée automatiquement

Remarques sur les lentilles :

Il existe deux types de lentilles minces : convergentes et divergentes (voir le tableau ci-dessous).

Une image contenant texte, ligne, diagramme, Tracé

Description générée automatiquement

Nous nous intéresserons plus particulièrement aux lentilles minces convergentes.

  • Etude qualitative de la formation d’une image par une lentille convergente.

Expériences préliminaires : foyer image, foyer objet.

Vous disposez d’une source de lumière fournissant un faisceau de lumière parallèle dont certains rayons sont visualisés par diffusion sur le support. Placer une lentille convergente sur le trajet du faisceau et observer le faisceau sortant de la lentille (compléter le schéma) : justifier le qualificatif convergent donné à ce type de lentilles.

Les foyers sont deux points remarquables de l’axe optique.

  http://www.web-sciences.com/fiches1s/fiche25/fconv.gifTout rayon incident parallèle à l’axe optique d’une lentille convergente émerge en passant par le foyer image F’.
http://www.web-sciences.com/fiches1s/fiche25/f1conv.gif  Tout rayon incident passant par le foyer objet F d’une lentille convergente émerge parallèlement à l’axe optique de cette lentille.

Une image contenant ligne

Description générée automatiquementRemarque importante :

F et F ’ sont deux points symétriques par rapport au centre optique O de la lentille.

Construction graphique de l’image d’un objet.

Objet AB, image A’B’

Notre étude se limite à la construction d’objet (noté AB) plan, orthogonal à l’axe optique de la lentille, le point A appartenant à cet axe. L’image A’B’ de cet objet est aussi orthogonale à l’axe optique et A’ appartient à l’axe optique de la lentille.

Une image contenant ligne, diagramme

Description générée automatiquement

Une image peut être définie comme réelle ou imaginaire, droite ou renversée, plus grande ou plus petite (voir grandissement).

Remarque :

On cherche à déterminer la position, la taille et le sens de l’image de l’objet AB, que l’on note A’B’.

Une image contenant objet, horloge, montre

Description générée automatiquement

Construction :

Pour déterminer graphiquement la position et la taille de l’image d’un objet par une lentille, il suffit de tracer le trajet de quelques rayons lumineux issus de cet objet en utilisant les propriétés du modèle de la lentille convergente :

  • Un rayon passant par le centre optique d’une lentille n’est pas dévié.
  • Un rayon parallèle à l’axe principal d’une lentille, émerge en passant par le (ou semblant provenir du) foyer principal image F’.
  • Un rayon passant (ou semblant passer) par le foyer principal objet F, émerge de la lentille parallèlement à son axe principal.
Une image contenant ligne, diagramme, Tracé, pente

Description générée automatiquement

Relation de grandissement :

La relation de grandissement relie le grandissement  =    mais aussi     (les longueurs sont exprimées en m)

Remarques : Nous prendrons, en seconde et pour les calculs, la valeur absolue du grandissement (c’est-à-dire sans les signes ! Et donc uniquement des distances).

Soit :         

  Si |γ|> 1 : l’image est agrandie. Si |γ|< 1 : l’image est plus petite que l’objet.   Remarque : en tenant compte des mesures algébriques, on constate que : Si γ < 0 : l’image est renversée. Si γ > 0 : l’image est droite.  Un peu de maths On peut appliquer le théorème de Thalès dans les triangles ABO et A’B’O, on obtient : = =) On retrouve donc le grandissement γ en faisant le rapport entre les positions de l’image et de l’objet.  
  1. Formation d’une image dans l’œil.
Une image contenant capture d’écran

Description générée automatiquementLa lumière issue des objets observés pénètre dans l’œil par la pupille qui est l’ouverture centrale de l’iris (partie colorée de l’œil). Son diamètre peut varier de 2 à 8 mm en fonction de la luminosité.  La vision est bonne lorsqu’une image nette se forme sur la rétine située au fond de l’œil. En se comportant comme une lentille convergente, le cristallin permet l’obtention d’une image nette sur la rétine. 
  1. Modèle de l’œil :

On peut modéliser un œil par un modèle qui ne tient pas compte de toutes ses fonctionnalités optiques et que l’on nomme donc modèle de l’œil réduit.

Le modèle de l’œil réduit comprend :

  • un diaphragme qui joue le rôle de l’ensemble iris-pupille. 

                           Un diaphragme est un disque percé d’une ouverture dont le diamètre peut être réglable.

  • une lentille convergente équivalente à l’ensemble des milieux transparents (cornée, cristallin).
  • un écran qui joue le rôle de la rétine.

L’utilisation de ce modèle connaissant les propriétés des lentilles convergentes, permet de mieux comprendre  le fonctionnement de l’œil.

Une image contenant texte, diagramme, capture d’écran, cercle

Description générée automatiquement
Une image contenant objet

Description générée automatiquement

Figure 2. Schéma simplifié de l’œil                                          Figure 3. Modèle de l’œil réduit

  • L’accommodation :

La profondeur (épaisseur) de l’œil étantconstante, pour que l’image de l’objet observé soit toujours nette quel que soit sa position par rapport à l’œil, le cristallin est amené à se déformer en changeant sa courbure : on parle d’accommodation (c’est un mécanisme réflexe).

Pour modéliser l’accommodation dans le modèle de l’œil réduit, on utilise des lentilles de

P3 – Lentilles minces convergentes

  1. Modélisation des lentilles minces convergentes.
  2. Zone de Texte: Une lentille convergente est un objet transparent, homogène, plus épais en son centre qu’en ses bords. Elle est représentée par un segment fléché, son symbole (L), son centre optique O et son axe optique ∆ (droite perpendiculaire à la lentille et passant par O). Définition :
Une image contenant ligne, diagramme, Tracé

Description générée automatiquement

Remarques sur les lentilles :

Il existe deux types de lentilles minces : convergentes et divergentes (voir le tableau ci-dessous).

Une image contenant texte, ligne, diagramme, Tracé

Description générée automatiquement

Nous nous intéresserons plus particulièrement aux lentilles minces convergentes.

  • Etude qualitative de la formation d’une image par une lentille convergente.

Expériences préliminaires : foyer image, foyer objet.

Vous disposez d’une source de lumière fournissant un faisceau de lumière parallèle dont certains rayons sont visualisés par diffusion sur le support. Placer une lentille convergente sur le trajet du faisceau et observer le faisceau sortant de la lentille (compléter le schéma) : justifier le qualificatif convergent donné à ce type de lentilles.

Les foyers sont deux points remarquables de l’axe optique.

  http://www.web-sciences.com/fiches1s/fiche25/fconv.gifTout rayon incident parallèle à l’axe optique d’une lentille convergente émerge en passant par le foyer image F’.
http://www.web-sciences.com/fiches1s/fiche25/f1conv.gif  Tout rayon incident passant par le foyer objet F d’une lentille convergente émerge parallèlement à l’axe optique de cette lentille.

Une image contenant ligne

Description générée automatiquementRemarque importante :

F et F ’ sont deux points symétriques par rapport au centre optique O de la lentille.

Construction graphique de l’image d’un objet.

Objet AB, image A’B’

Notre étude se limite à la construction d’objet (noté AB) plan, orthogonal à l’axe optique de la lentille, le point A appartenant à cet axe. L’image A’B’ de cet objet est aussi orthogonale à l’axe optique et A’ appartient à l’axe optique de la lentille.

Une image contenant ligne, diagramme

Description générée automatiquement

Une image peut être définie comme réelle ou imaginaire, droite ou renversée, plus grande ou plus petite (voir grandissement).

Remarque :

On cherche à déterminer la position, la taille et le sens de l’image de l’objet AB, que l’on note A’B’.

Une image contenant objet, horloge, montre

Description générée automatiquement

Construction :

Pour déterminer graphiquement la position et la taille de l’image d’un objet par une lentille, il suffit de tracer le trajet de quelques rayons lumineux issus de cet objet en utilisant les propriétés du modèle de la lentille convergente :

  • Un rayon passant par le centre optique d’une lentille n’est pas dévié.
  • Un rayon parallèle à l’axe principal d’une lentille, émerge en passant par le (ou semblant provenir du) foyer principal image F’.
  • Un rayon passant (ou semblant passer) par le foyer principal objet F, émerge de la lentille parallèlement à son axe principal.
Une image contenant ligne, diagramme, Tracé, pente

Description générée automatiquement

Relation de grandissement :

La relation de grandissement relie le grandissement  =    mais aussi     (les longueurs sont exprimées en m)

Remarques : Nous prendrons, en seconde et pour les calculs, la valeur absolue du grandissement (c’est-à-dire sans les signes ! Et donc uniquement des distances).

Soit :         

  Si |γ|> 1 : l’image est agrandie. Si |γ|< 1 : l’image est plus petite que l’objet.   Remarque : en tenant compte des mesures algébriques, on constate que : Si γ < 0 : l’image est renversée. Si γ > 0 : l’image est droite.  Un peu de maths On peut appliquer le théorème de Thalès dans les triangles ABO et A’B’O, on obtient : = =) On retrouve donc le grandissement γ en faisant le rapport entre les positions de l’image et de l’objet.  
  1. Formation d’une image dans l’œil.
Une image contenant capture d’écran

Description générée automatiquementLa lumière issue des objets observés pénètre dans l’œil par la pupille qui est l’ouverture centrale de l’iris (partie colorée de l’œil). Son diamètre peut varier de 2 à 8 mm en fonction de la luminosité.  La vision est bonne lorsqu’une image nette se forme sur la rétine située au fond de l’œil. En se comportant comme une lentille convergente, le cristallin permet l’obtention d’une image nette sur la rétine. 
  1. Modèle de l’œil :

On peut modéliser un œil par un modèle qui ne tient pas compte de toutes ses fonctionnalités optiques et que l’on nomme donc modèle de l’œil réduit.

Le modèle de l’œil réduit comprend :

  • un diaphragme qui joue le rôle de l’ensemble iris-pupille. 

                           Un diaphragme est un disque percé d’une ouverture dont le diamètre peut être réglable.

  • une lentille convergente équivalente à l’ensemble des milieux transparents (cornée, cristallin).
  • un écran qui joue le rôle de la rétine.

L’utilisation de ce modèle connaissant les propriétés des lentilles convergentes, permet de mieux comprendre  le fonctionnement de l’œil.

Une image contenant texte, diagramme, capture d’écran, cercle

Description générée automatiquement
Une image contenant objet

Description générée automatiquement

Figure 2. Schéma simplifié de l’œil                                          Figure 3. Modèle de l’œil réduit

  • L’accommodation :

La profondeur (épaisseur) de l’œil étantconstante, pour que l’image de l’objet observé soit toujours nette quel que soit sa position par rapport à l’œil, le cristallin est amené à se déformer en changeant sa courbure : on parle d’accommodation (c’est un mécanisme réflexe).

Pour modéliser l’accommodation dans le modèle de l’œil réduit, on utilise des lentilles de courbures différentes.

courbures différentes.

code source

code source
<pre class="wp-block-syntaxhighlighter-code"> /* built with Studio Sketchpad: 
 *   http://sketchpad.cc
 * 
 * observe the evolution of this sketch: 
 *   http://studio.sketchpad.cc/sp/pad/view/ro.xHsB9$ZlET$/rev.37
 * 
 * authors: 
 *   Jimmy Roussel
 * license (unless otherwise specified): 
 *   creative commons attribution-share alike 3.0 license.
 *   http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/ 
 */ 
// Pressing Control-R will render this sketch.
//lentilleConvergente.pde
//Construction des rayons permettant de déterminer la position de l'image d'un objet par une lentille convergente. 
//©J.roussel
//10 Aout 2012&amp;amp;amp;amp;nbsp;: création.
//13 Aout 2012&amp;amp;amp;amp;nbsp;: modification des couleurs&amp;amp;amp;amp;nbsp;; ajouts de quelques prolongements
/* @pjs pauseOnBlur="true"; */
boolean over = false;  // If mouse over
boolean move = false;  // If mouse down and over
int focale=100;//focale de la lentille
int posObjet=-50;//position de l'objet
int posAA;//position de l'image
float gamma;//grandissement
int hObjet=50;//hauteur de l'objet
int w1; //demi-largeur de l'écran
int h1; //demi-hauteur de l'écran
color gris1,noir1,rouge1,blanc1,bleu1,orange1,couleurActive;//couleurs
void setup() {
  size(600,320);
  smooth();
  strokeCap(SQUARE);
  strokeWeight(1);
  frameRate(15);
  w1=int(width/2);
  h1=int(height/2-10);
  text("",0,0);  // force Processing to load a font
  textAlign(CENTER,BASELINE);
  //couleurs
  colorMode(RGB,1.0);
  noir1=color(0,0,0);
  gris1=color(0.4,0.4,0.4);
  rouge1=color(1,0,0);
  blanc1=color(1,1,1);
  bleu1=color(#51c3fa);
  orange1=color(#ff9d00);
}
void draw() { 
  background(#EDEDED);
  fill(0);
  textSize(12);
  text("© Jimmy Roussel",width-100,16);
  // On teste si la souris est sur l'objet
  if(mouseX > (w1+posObjet-10) &amp;amp;amp;amp;&amp;amp;amp;amp; mouseX &amp;amp;amp;lt; (w1+posObjet+10) &amp;amp;amp;amp;&amp;amp;amp;amp; mouseY &amp;amp;amp;lt; h1 &amp;amp;amp;amp;&amp;amp;amp;amp; mouseY >h1-hObjet)
  {
    over = true;
    couleurActive=rouge1;
  }
  else {
    over = false;
    couleurActive=noir1;
  }  
  if(move) {
    posObjet = mouseX-w1;
  }
  traceLentilleC(focale);//tracé de la lentille  
  calcul();
  traceObjet(couleurActive);
  traceImage(couleurActive);
  traceRayons(rouge1);
  resultats();
}
// Tracé de la lentille convergente
void traceLentilleC(int f) {
  textSize(12);
  pushMatrix();
  translate(w1,h1);//centrage de l'origine du repère
  //tracé de la lentille
  fill(noir1);
  stroke(noir1);
  line(0,h1,0,-h1);
  beginShape(TRIANGLES);
  vertex(-5,h1-10);
  vertex(5, h1-10);
  vertex(0, h1);
  vertex(-5,-h1+10);
  vertex(5, -h1+10);
  vertex(0, -h1);
  //Tracé de son axe optique
  stroke(gris1);
  line(-w1,0,w1,0);
  //Tracé des foyers
  line(-f,-2,-f,2);
  text("F",-f,-5);
  line(f,-2,f,2);
  text("F'",f,-5);  
  endShape();  
  popMatrix();
} 
//Tracé de l'objet
void traceObjet(color couleurObjet) {
  fill(couleurObjet);  
  pushMatrix();
  translate(w1+posObjet,h1);  
  textSize(50);
  text("\u257D",0,0);//la forme de l'objet est un cactère (codé en js)
  textSize(12);
  text("Objet",0,-60);
  popMatrix();
} 
// Tracé de l'image
void traceImage(color couleurImage) {
  textSize(50);
  pushMatrix();
  translate(w1+posAA,h1);
  scale(pow(gamma,2),abs(gamma));
  if(gamma&amp;amp;amp;lt;0) {
    rotate(PI);
  }
  fill(couleurImage,0.5);
  text("\u257D",0,0);
  popMatrix();
  strokeWeight(1);
} 
//calcul du grandissment et de la position de l'image
void calcul() {
  if(posObjet+focale!=0 &amp;amp;amp;amp; posObjet!=0) {
    posAA=int(posObjet*focale/(posObjet+focale));
    gamma=float(focale)/float(posObjet+focale);
  }
  if(posObjet+focale==0) {
    posAA=-1000;
    gamma=1000/focale;
  }
  if(posObjet==0) {
    posAA=0;
    gamma=1;
  }
}
// Tracé des rayons
void traceRayons(color couleurRayons) {
  pushMatrix();
  translate(w1,h1);
  stroke(couleurRayons,1);
  if(posObjet&amp;amp;amp;lt;0) {
    line(posObjet,-hObjet,w1,-hObjet*w1/posObjet);
    line(posObjet,-hObjet,0,-hObjet);
    line(0,-hObjet,w1,-hObjet+(w1*hObjet)/focale);
    if(posObjet+focale!=0) {
      line(posObjet,-hObjet,0,-hObjet*focale/(posObjet+focale));
      line(0,-hObjet*focale/(posObjet+focale),w1,-hObjet*focale/(posObjet+focale));
    }
    if(posObjet+focale>0) {
      stroke(couleurRayons,0.3);
      line(-focale,0,posObjet,-hObjet);
      line(posAA,-gamma*hObjet,0,-gamma*hObjet);
      line(posAA,-gamma*hObjet,0,-hObjet);
      line(posAA,-gamma*hObjet,posObjet,-hObjet);
    }
  }
  if(posObjet>0) {
    line(-w1,hObjet*w1/posObjet,w1,-hObjet*w1/posObjet);
    line(-w1,-hObjet,0,-hObjet);
    line(0,-hObjet,w1,-hObjet*(1-w1/focale));
    line(-w1,-hObjet*(-w1+focale)/(posObjet+focale),0,-hObjet*focale/(posObjet+focale));
    line(0,-hObjet*focale/(posObjet+focale),w1,-hObjet*focale/(posObjet+focale));
    stroke(couleurRayons,0.15);
    line(0,-hObjet,posObjet,-hObjet);
    line(0,-hObjet*focale/(posObjet+focale),posObjet,-hObjet);
  }
  popMatrix();
} 
void resultats() {
  fill(noir1);
  noStroke();
  rect(0,height-20,width,20);
  textSize(12);
  fill(blanc1);
  if (posObjet&amp;amp;amp;lt;0) {
    text("Objet réel",40,height-5);
  }
  else {
    text("Objet virtuel",40,height-5);
  }
  if (posAA&amp;amp;amp;lt;0) {
    text("Image virtuelle",120,height-5);
  }
  else {
    text("Image réelle",120,height-5);
  }
  text("Grandissement transversal = "+float(round(10*gamma))/10,300,height-5);
  text("Grandissement latéral = "+float(round(10*pow(gamma,2)))/10,500,height-5);
}
void mousePressed() {
  if(over) {
    move = true;
  }
}
void mouseReleased() {
  move = false;
}
</pre>


CHAP-C1 Composition d'un système

Thème Ondes et signaux > Emission et perception d'un son

Chapitre : Signaux sonores
Notions et contenusCapacités exigibles
Émission et propagation d'un signal sonore. Vitesse de propagation d’un signal sonore. Signal sonore périodique, fréquence et période. Relation entre période et fréquence. Perception du son : lien entre fréquence et hauteur ; lien entre forme du signal et timbre ; Lien qualitatif entre amplitude, intensité sonore et niveau d’intensité sonore. Échelle de niveaux d’intensité sonore.  Décrire le principe de l’émission d’un signal sonore par la mise en vibration d’un objet et l’intérêt de la présence d’une caisse de résonance. Expliquer le rôle joué par le milieu matériel dans le phénomène de propagation d’un signal sonore. Citer une valeur approchée de la vitesse de propagation d’un signal sonore dans l’air et la comparer à d’autres valeurs de vitesses couramment rencontrées. Mesurer la vitesse d’un signal sonore. Définir et déterminer la période et la fréquence d’un signal sonore notamment à partir de sa représentation temporelle. Utiliser une chaîne de mesure pour obtenir des informations sur les vibrations d’un objet émettant un signal sonore. Mesurer la période d’un signal sonore périodique. Utiliser un dispositif comportant un microcontrôleur pour produire un signal sonore. Capacités mathématiques : identifier une fonction périodique et déterminer sa période. Citer les domaines de fréquences des sons audibles, des infrasons et des ultrasons. Relier qualitativement la fréquence à la hauteur d’un son audible. Relier qualitativement intensité sonore et niveau d’intensité sonore. Exploiter une échelle de niveau d’intensité sonore et citer les dangers inhérents à l’exposition sonore. Enregistrer et caractériser un son (hauteur, timbre, niveau d’intensité sonore, etc.) à l’aide d’un dispositif expérimental dédié, d’un smartphone, etc.
  1. Emission et propagation d’un signal sonore.
    1. La source de l’émission sonore

Propriété : Un son est émis lorsqu’un objet appelé « émetteur » est le siège de vibrations.

Exemple : on martèle un diapason, ce dernier émet un son car ses lames entrent en vibration.

Pour produire un son quelconque (bruit ou son musical), il faut qu’un système mécanique, appelé émetteur (haut-parleur par exemple), vibre et transmette cette vibration à l’environnement (air par exemple). Enfin cette vibration sera éventuellement transmise à un récepteur sonore (tympan, capteur de sons, etc).

Haut-parleur. Air Oreille

  1. Rôle du milieu de propagation :

Définition : Les sons sont des ondes mécaniques. Ils nécessitent un milieu matériel (solide, liquide ou gaz) élastique et déformable pour se propager.

Exemples : Air, eau, hydrogène, acier, granite…

Remarques :

- les vitesses du son dans ces différents milieux sont différentes.

- Le vide est une absence de matériel, il ne peut y avoir propagation du son.

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Description générée automatiquement Propriétés:

Dans le milieu matériel dans lequel le son se propage, la vibration est transmise de proche en proche, sans déplacement de matière mais avec un transport d’énergie (on parle d’onde progressive).

Pour qu’un son soit émis convenablement, il est nécessaire que la vibration de la source soit transmise à une caisse de résonnance appelé aussi résonateur.

L’utilisation d’une caisse de résonance permet d’amplifier le signal (qui serait sinon trop peu intense et quasiment inaudible).

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Caisse de résonance

  1. Vitesse de propagation d’un signal sonore.

Définition : La vitesse de propagation (ou célérité) du son est indépendante de sa nature ou de la source émettrice mais dépend du milieu de propagation. Dans l’air, la vitesse du son est de 340 m.s-1. dans les milieux plus denses, elle est plus importante.

MilieuVitesse du son (m/s)
Caoutchouc54
Air sec (0°C)330
Air sec (15°C)340
Air sec (30°C)350
Hydrogène1290
Eau1485
Acier5200
Granite6000

Remarques :

  • Le son se propage plus vite dans l’hydrogène que dans l’air : ma voix est plus aiguë.
  • La valeur de la vitesse de propagation d’un signal sonore est plus grande dans les solides et les liquides que dans les gaz.
  • La vitesse de propagation dépend aussi de la température.
  1. Mesure de la vitesse du son

Protocole d’expérimentation :

Etape 1 : on peut visualiser sur un ordinateur ou un oscilloscope la durée qui sépare la réception d’un signal sonore par deux récepteurs placés à des distances différentes de l’émetteur.

Les deux récepteurs sont éloignés de 34,0 cm.

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Etape 2 : Mesurer le retard (à l’aide de graduation, d’une échelle ou des réglages de l’oscilloscope).

  • On mesure un retard de 1,00 ms

Etape 3 : Calculer la vitesse du son dans l’air :

  • Formule littérale : v =

A.N : v = donc v = 340 m.s-1 La vitesse du son est de 340 m.s-1

3) Les caractéristiques d’un signal sonore périodique :

3.1 Notion de signal sonore périodique

Définition :

Un signal périodique est un signal qui se reproduit identique à lui-même à intervalle de temps réguliers.

Nous utilisons des capteurs de type microphone qui permettent d’obtenir un signal électrique appelé tension électrique, ayant les mêmes caractéristiques que le signal sonore enregistré.

  • L’enregistrement d’un signal sonore est la représentation temporelle du signal électrique, tension = f(t), obtenue à l’aide d’un microphone.
  • Cet enregistrement fait apparaître l’amplitude A (voir graphique ci-contre), écart entre sa valeur maximale et sa valeur moyenne.

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Description générée automatiquement Quelques types de signaux périodiques :

Signal périodique quelconque

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Bruit ou musique ?

Un signal ou oscillation chaotique est généralement perçue comme un bruit.

Un signal ou oscillation répétitive simple est généralement perçue comme un son musical.

cas : bruit cas : son musical

  1. Période et fréquence d’un signal :
  2. Période d’un signal :
  • Un signal périodique est constitué d’un motif élémentaire.
  • Le motif élémentaire correspond à la plus petite partie du signal périodique permettant de le reproduire complétement.

Définition : La période T (en s) d’un signal périodique est la durée d’un motif élémentaire.

Exemple 1 :

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T

Dans l’exemple ci-dessus la période T correspond à la différence entre t2 et t1. La période est : T = t2 - t1

Exemple 2 :

  1. Fréquence d’un signal :

Définition : La fréquence f d’un signal périodique, exprimée en Hertz (Hz), correspond au nombre de motifs élémentaires par seconde.

Une image contenant texte, carte

Description générée automatiquement Exercice :

Pour déterminer plus précisément la période d’un signal sur un graphique, il vaut mieux mesurer une durée plus importante qui correspond à plusieurs périodes et ensuite diviser par le nombre de périodes correspondant.

La représentation temporelle du son émis par un diapason est la suivante :

Q1 : Déterminer précisément la période T du signal.

Q2 : Déterminer la fréquence du signal.

Correction : Q1 Calcul de la période : 4T = 9,00 ms soit : T = = 2,25 . s La période du signal est : T = 2,25 . sQ2 Calcul de la fréquence : f(Hz) = soit : f(Hz) = = 440 Hz Ainsi ce diapason émet un son tel que son motif élémentaire se reproduit 440 fois par seconde.
  1. Perception d’un son :

4.1 Domaines de fréquences

L’oreille humaine ne peut entendre que les signaux sonores dont les fréquences sont comprises entre 20 Hz et 20 KHz

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4.2 Hauteur et timbre :

a) Hauteur d’un son : la hauteur d’un son est une carctéristique liée à la fréquence, exprimée en hertz.

Propriété : Deux signaux sonores de même hauteur ont la même fréquence.

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Description générée automatiquement Histoire des sciences :

Origine du mot fréquence : le terme de hauteur vient du fait que les notes sont écrites sur une portée ; elle est associée au nom de la note jouée (Do, ré,…). La hauteur d’un son est la caractéristique qui permet de dire si un son est aigu ou grave.

  1. Timbre d’un son : Il dépend de la forme d’un signal et de son évolution dans le temps.

Exercice : comparer et caractériser les deux signaux suivants :

Représentation de deux signaux sonores de même hauteur mais de timbres différents.

Réponse :

Ces deux signaux sonores ont la même période, donc la même fréquence et donc la même hauteur. Ils n’ont pas la même forme et donc pas le même timbre.

4.3 Intensité et niveau d’intensité sonore

Propriété : L’intensité sonore I dépend de l’amplitude d’un son.

Conséquence : Plus l’amplitude est grande, plus le son est fort.

Remarques :

  • Deux échelles coexistent : L’intensité sonore I et le niveau d’intensité sonore L
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Description générée automatiquement
  • Le niveau d’intensité sonore L est plus facile à manipuler

que l’intensité sonore I en W.m-2

  • L’intensité sonore et le niveau d’intensité sonore varient dans le même sens.
  • On mesure le niveau d’intensité sonore à l’aide d’un sonomètre
  • Le seuil d’audibilité est le seuil en dessous duquel l’oreille humaine ne perçoit pas de son : W.m-2

Activité balafon

Activité période et fréquence

GENERATEUR DE SONS

Cette application génère des sons de fréquence réglable et visualise leur signal sur un oscilloscope intégré. On peut émettre un son pur à partir d'un signal sinusoïdal, triangulaire ou carré ou combiner la fréquence fondamentale avec les trois premiers harmoniques.

1. Régler la fréquence du signal avec les curseurs bleus.
2. Régler son amplitude a0 avec le curseur vert.
3. Choisir entre son pur et harmoniques.
3a. Régler éventuellement les amplitudes et déphasages des harmoniques avec les curseurs verts et rouges.
4. Affiner le réglage du balayage avec le curseur cyan et de la sensibilité de l'oscilloscope avec le curseur marron.

https://leblob.fr/videos/des-physiciens-pour-fabriquer-la-clarinette-du-futur