Ondes et Particules

Attention : les exposants ne pouvant être bien écrits, ils sont matérialisés par ^. Ex : "x carré" = x^2

I. Particules

Il existe plusieurs types de particules dans l'univers : 

• Des particules élémentaires → électrons, quarks dont la structure n'est pas connue
  
• Des particules ayant une structure connue → protons, neutrons, atomes, ions, molécules
  
• Une autre particule élémentaire au statut particulier → le photon
  

II. Les ondes électromagnétiques

• Où sont-elles ?

Elles sont partout : lampes, four à micro-ondes, plaque électrique... Si elles sont partout c'est
parce qu'elles transportent l'énergie sous toutes ses formes (lumière, chaleur...) Elles se propagent à v=3.10^8 m.s-1

Ondes = vibration dans l'espace, comme une vague dans la mer.

Sans champ magnétique et champ électrique, il n'y a pas de vibration et donc pas d'ondes. C'est grâce à eux qu'une onde peut interagir avec la matière.

• Le spectre des ondes magnétiques et leurs sources célestes

Spectre = infinité de radiations. Une radiation est caractérisée par sa longueur d'onde λ et sa fréquence f

Le spectre des ondes électromagnétiques est découpé arbitrairement des rayons ‎γ aux ondes radio :

• Comment interagissent-elles sur le corps ?

Cela dépend de l'énergie portée par les photons. Les plus puissants (gamma ‎γ, X, UV) traversent le corps comme des balles et abiment énormément les cellules (cancer...) Sur terre, ces ondes proviennent des sources radioactives.

Ensuite, les ondes ne percent plus les cellules, mais elles les chauffent. Les infrarouges du four cuisent un roti donc pour nos cellules ...

Les micro-ondes (portables par exemple), les molécules d'eau les « captent » au vol en quelque
sorte et limitent donc leur échauffement.

Pour les ondes radios, elles ne pénètrent pas notre corps car trop peu impuissantes mais elles
créent avec nos petites particules électriques des mini-courants électriques.

• Absorption par l'atmosphère céleste

La plupart des rayonnements interagissent avec la matière et avec l'atmosphère. Les
constituants de l'atmosphère :

• Absorbent certaines radiations, ce qui peut gêner les observations astronomiques
  
• La lumière visible et la plupart des ondes radio sont peu ou pas absorbées par l'atmosphère
  
• Les rayons X, certains UV et les grandes ondes radios ne franchissent pas la haute atmosphère
  
• Interagissent avec les astroparticules. Des particules secondaires sont alors crées. Les plus abondantes au niveau de la mer sont les muons.
  

L'utilisation de télescopes spatiaux permet de détecter les rayonnements qui n'arrivent pas
jusqu'au sol.

• Comment détecter des particules et des ondes ?

Il existe des détecteurs pour cela, par exemple :

• La chambre à brouillard détecte des particules chargées comme les muons.
  
• Le compteur Geiger détecte des particules émises lors de désintégrations radioactives.
  

Pour les capteurs utilisés pour étudier le rayonnement entrant dans l'atmosphère, ils doivent
être situés à des altitudes où ces rayonnements sont encore présents dans des
quantités non négligeables.

III. Les ondes mécaniques

Des exemples ?

• Une pierre tombant à la surface d'un étang provoque des rides circulaires qui se propagent à la surface de l'eau
  
• Un tremblement de terre engendre des ondes sismiques
  
• Un haut-parleur émet une onde sonore qui se propage dans l'air
  

Définition

• On appelle onde mécanique le phénomène de propagation d'une perturbation dans un milieu matériel élastique sans transport global de matière (ex : la corde, le son, la vague)
• Une perturbation est une modification locale et temporaire des propriétés d'un milieu.
  
• Les ondes mécaniques progressives transfèrent de proche en proche l'énergie sans transport de matière.
  

• Ondes mécaniques, transversales/longitudinales

- Onde transversale : une onde est transversale lorsque le déplacement des points du milieu de la propagation s'effectue perpendiculairement à la direction de la propagation. La
perturbation créée sur la corde se propage dans la direction horizontale alors
que les points de la corde se déplacent verticalement.

- Onde longitudinale : une onde est longitudinale lorsque le déplacement des points du milieu de la propagation s'effectue parallèlement à la direction de la propagation. La direction du
déplacement temporaire d'une spire est identique à celle de propagation d'une
onde.

• Célérité d'une onde

La vitesse V à laquelle la perturbation se propage dans un
milieu est appelée célérité de l'onde (mécanique ou électromagnétique).

V=d/t

On utilise la lettre C uniquement dans le cas de la lumière dans
le vide.

• Exemple d'ondes mécaniques

- Une onde sonore : Le son est une perturbation résultant de compression dilatation du milieu matériel dans lequel il se propage. La perturbation affecte temporairement la densité des particules du fluide. L'onde sonore est longitudinale.

L'être humain peut entendre des sons dont les fréquences s'étalent de 20Hz à 20kHz

Les infrasons ont une fréquence inferieure à 20Hz, les ultrasons eux supérieure à 20kHz.

- Le niveau sonore :

Il se calcule avec la formule : L=10log^(I/I0)        avec I0=1.10^(-12) W.m^-2 ; L en dB ; I en W.m^-2

- Une onde sismique

Leur enregistrement par un sismographe permet de localiser un séisme. L'énergie libérée lors d'un séisme est appelée magnitude et calculée avec la formule suivante :

M=log^(Ymax/Y0)

Elle est mesurée sur l'échelle de Richter avec Ymax et Y0 en m et M sans unité.