Célérité, fréquence et longueur d’onde — Éducation physique, 14–17 ans
Les ondes transfèrent de l’énergie et de l’information sans emporter globalement la matière avec elles. Trois grandeurs décrivent leur motif répétitif : célérité, fréquence et longueur d’onde.
L’idée
Une onde est une perturbation répétée qui se propage. La fréquence est le nombre d’ondes complètes passant par un point chaque seconde ; la longueur d’onde est la distance entre deux points correspondants successifs. La relation est célérité = fréquence × longueur d’onde, v = fλ.
Pourquoi c’est important
Il fallait pouvoir comparer les rides de l’eau, le son et la lumière avec une même idée, même si ces ondes semblent très différentes. La relation v = fλ explique pourquoi, dans un même milieu, une fréquence plus élevée correspond à une longueur d’onde plus courte : la même distance contient davantage de cycles.
Un exemple calculé
Une onde sonore se déplace dans l’air à 340 m/s et sa fréquence est de 680 Hz. On part de v = fλ, puis on isole λ = v/f. En remplaçant par les valeurs : λ = 340 ÷ 680 = 0,50 m. Chaque cycle de l’onde mesure donc un demi-mètre.
L’erreur courante
Il est compréhensible de penser qu’un son plus fort a une fréquence plus élevée. Le volume dépend surtout de l’amplitude, c’est-à-dire de la taille de la vibration ; la fréquence détermine la hauteur. Les deux semblent liées parce qu’une vibration forte attire davantage l’attention, mais elles mesurent des choses différentes.
Hors de l’école
Les stations de radio utilisent des fréquences différentes pour séparer leurs signaux. Les médecins emploient les ultrasons pour obtenir des images de l’intérieur du corps, et les musiciens choisissent des notes de fréquences précises. Dans chaque cas, la célérité, la fréquence et la longueur d’onde décrivent ce qui est envoyé et détecté.
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