M. VERHILLE — Physique-Chimie · 5ème
Objectifs et compétences
Attendus de fin de cycle (BO 2020 — cycle 4) :
- Comparer la propagation de la lumière et du son
- Relier un son à la vibration d'un objet
Compétences du socle :
- D1.3 : Comparer des vitesses (son vs lumière)
- D4 : Observer des phénomènes sonores et lumineux
À la fin de ce chapitre, l'élève sait :
1. Qu'est-ce qu'un son ?
Un son est produit par la vibration d'un objet :
- Corde de guitare qui vibre
- Membrane du haut-parleur qui vibre
- Cordes vocales qui vibrent
| Propriété | Description |
|---|---|
| Fréquence | Nombre de vibrations par seconde (en Hz) — aigu si élevée, grave si basse |
| Amplitude | Intensité de la vibration — fort si grande, faible si petite |
2. Propagation du son
Le son a besoin d'un milieu matériel pour se propager (solide, liquide ou gaz).
| Milieu | Vitesse du son | Exemple |
|---|---|---|
| Air (20°C) | ~340 m/s | Voix, musique |
| Eau | ~1 500 m/s | Communication des baleines |
| Acier | ~5 000 m/s | Bruit dans les rails |
| Vide | Aucune propagation sonore ; vitesse non définie | Dans l'espace, personne ne vous entend |
⚠️ Le son ne se propage pas dans le vide — dans l'espace, c'est le silence total.
3. Propagation de la lumière
| Propriété | Son | Lumière |
|---|---|---|
| Vitesse | ~340 m/s (air) | 300 000 km/s |
| Milieu nécessaire | Oui (solide, liquide, gaz) | Non (se propage dans le vide) |
| Propagation | En ligne droite (dans un milieu homogène) | En ligne droite |
Pourquoi voit-on l'éclair avant d'entendre le tonnerre ?
La lumière voyage à 300 000 km/s et le son à 340 m/s → la lumière est ~900 000 fois plus rapide.
Astuce : compter les secondes entre l'éclair et le tonnerre, puis diviser par 3 → distance de l'orage en km.
🌴 À La Réunion : dans le cirque de Mafate, entouré de falaises hautes de plusieurs centaines de mètres, on peut observer des échos spectaculaires. Un cri met environ 3 secondes pour faire l'aller-retour vers une paroi située à ~500 m (340 m/s × 1,5 s ≈ 510 m).
Bilan — Ce qu'il faut retenir
| Notion | Définition |
|---|---|
| Son | Vibration qui se propage dans un milieu matériel |
| Fréquence | Nombre de vibrations par seconde (Hz) — aigu/grave |
| Vitesse du son | ~340 m/s dans l'air |
| Vitesse de la lumière | 300 000 km/s |
| Le son dans le vide | Ne se propage pas ! |
Mots-clés : son, vibration, fréquence, amplitude, propagation, milieu, vide, vitesse du son, vitesse de la lumière
Erreurs fréquentes :
- Penser que le son se propage dans le vide (non — pas de matière, pas de son)
- Confondre fréquence (aigu/grave) et amplitude (fort/faible)
- Dire que la lumière a besoin d'un milieu pour se propager (non — elle se propage dans le vide)
4. Son et lumière : vecteurs d'information
Le son et la lumière sont des signaux capables de transporter une information.
| Signal | Information transportée | Exemple |
|---|---|---|
| Lumière | Position, forme, couleur, message | Feu tricolore, phare, fibre optique |
| Son | Parole, alerte, localisation | Voix, sirène d'alarme, sonar |
Exemples de la vie courante
- Sonnerie de téléphone : un signal sonore qui transporte l'information « quelqu'un appelle »
- Sirène des pompiers : signal sonore → information « urgence, laisser passer »
- Éclair : signal lumineux → information « orage à proximité »
- Sonar : un son envoyé sous l'eau est réfléchi par un obstacle → permet de mesurer la distance (d = v × t / 2)
À chaque fois qu'on utilise la lumière ou le son pour communiquer, on utilise un signal pour transporter une information.
Différenciation
- Remédiation : tracer des rayons lumineux sur un schéma pour montrer la propagation rectiligne de la lumière et la formation d'une ombre derrière un objet opaque
- Approfondissement : calculer la distance d'un orage à partir du décalage entre l'éclair et le tonnerre (ex : 9 secondes → 9 × 340 = 3 060 m ≈ 3 km)
Ressources associées
- QCM : QCM Bilan 5eme (inclut questions lumière et son)
- Simulation : PhET — Ondes sonores
- Sources : ../sources/electricite/ (schéma propagation)
- Vidéo : Vidéos disponibles (propagation son et lumière)
Navigation
← Ch.9 — Sources de lumière | Progression
Compétence D2 — Méthodes et outils : suivre un protocole, relever les observations et organiser les résultats des activités.