Terminale S 2016-2017
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Terminale S 2016-2017

Ondes et particules

Les ondes sont omniprésentes dans notre quotidien qu'elles proviennent de l'espace, de la technologie humaine ou simplement de l'activité naturelle de la planète. Ces ondes sont de différentes natures et pour les étudier il est nécessaire de les identifier et de mesurer leur impact sur les êtres vivants afin de s'en protéger ou de supprimer leur source.

I

Les rayonnements

A

Les deux types de rayonnements

Rayonnement

Un rayonnement est un phénomène d'émission et de transport d'énergie provenant d'une source.

On distingue deux types de rayonnements :

  • Le rayonnement électromagnétique
  • Le rayonnement de particules
B

Les ondes électromagnétiques

Onde électromagnétique

Une onde électromagnétique est un phénomène de transport d'énergie électromagnétique sans qu'il n'y ait de transport de matière.

La lumière du Soleil est une onde électromagnétique. Grâce à ce rayonnement, la planète reçoit de la chaleur donc les ondes lumineuses émises par le Soleil transportent bien de l'énergie.

Les sources de rayonnement électromagnétiques sont nombreuses. Le spectre électromagnétique classe les sources de rayonnement électromagnétique en fonction de la longueur d'onde du rayonnement émis en différentes catégories :

-

Spectre électromagnétique

Plus la longueur d'onde d'une onde électromagnétique est petite, plus l'énergie qu'elle transporte est grande.

C

Le rayonnement des particules

Rayonnement de particules

Le rayonnement de particules est un phénomène de transport d'énergie qui se fait par transport de matière dû au mouvement des particules (noyaux atomiques, protons, électrons, neutrons, etc).

En plus des rayonnements électromagnétiques, le Soleil, comme tous les astres, émet des rayonnements de particules chargées responsables du phénomène des aurores polaires.

II

La détection des rayonnements

A

La détection des rayonnements électromagnétiques

Pour détecter les rayonnements, on utilise des capteurs.

Capteur

Un capteur est un composant électronique qui transforme une grandeur physique quelconque en un signal électrique mesurable.

Par exemple, les cellules photovoltaïques transforment l'énergie électromagnétique provenant d'une source lumineuse en un courant électrique.

La plupart du temps, ces capteurs sont basés sur l'effet photoélectrique qui permet de transformer une énergie électromagnétique en courant électrique.

-

Effet photoélectrique

Chaque capteur possède une sensibilité spectrale qui définit le type de rayonnement électromagnétique qu'il pourra détecter.

B

La détection des particules

La détection des particules ne peut se faire directement. Les rayonnements de particules émises vont interagir avec la matière et donner naissance à des particules secondaires qui pourront être détectables.

C

Les contraintes de détection des rayonnements cosmiques

Tous les rayonnements cosmiques émis vont interagir avec l'atmosphère terrestre en étant totalement ou partiellement absorbés.

  • Les rayonnements appartenant au domaine du visible ne sont quasiment pas absorbés par l'atmosphère terrestre.
  • Les rayonnements de hautes énergies appartenant au domaine des rayons X et de l'ultraviolet vont être grandement absorbés par l'atmosphère, nous protégeant ainsi de leurs effets.
III

Les ondes dans la matière

A

La définition des ondes mécaniques

Ondes mécaniques

Les ondes mécaniques sont des ondes qui se propagent dans les milieux matériels en modifiant localement et temporairement les propriétés du milieu (pression, densité, etc.).

Les ondes sismiques, les vagues sur l'océan ou encore les ondes de pression sont des exemples d'ondes mécaniques.

En tant qu'onde, les ondes mécaniques transportent de l'énergie sans transport de matière.

B

Les différents types d'ondes mécaniques

Les ondes mécaniques sont différentes en fonction de la façon dont elles perturbent le milieu matériel :

  • Les ondes longitudinales (ondes de compression) provoquent des compressions et des dilatations des éléments composant la matière dans la direction de propagation de l'onde.
  • Les ondes transversales (ondes de cisaillement) provoquent des déplacements de matière solide dans une direction perpendiculaire à la direction de propagation.
C

L'émission et la détection des ondes mécaniques

Les ondes mécaniques sont émises par une source qui apporte de l'énergie au milieu matériel créant ainsi la perturbation.

L'activité volcanique souterraine est une source d'énergie pouvant créer une perturbation au niveau de la croûte terrestre donnant naissance à un séisme.

Tout comme les rayonnements, les ondes mécaniques sont détectées grâce à des capteurs.

Les stations d'observation d'activité sismique relèvent en permanence des données captées par les détecteurs afin de suivre l'activité souterraine et ainsi prévoir les séismes.

D

L'énergie des ondes mécaniques

Le domaine d'énergie des ondes mécaniques est très vaste car l'énergie propagée par une onde mécanique dépend de sa nature, du milieu de propagation et de la source. On utilise généralement des échelles logarithmiques pour évaluer la dangerosité d'une onde mécanique.

  • L'échelle de Richter est une échelle logarithmique permettant de mesurer la dangerosité d'un séisme.
  • Le niveau sonore est une grandeur qui évolue sur une échelle logarithmique qui permet d'évaluer la dangerosité d'un son pour l'oreille humaine.
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