Vagues et particules Terminale S

Physique 1 Ondes et particules Terminale S

Programme - B.O. spécial n°8 du 13 octobre 2011

Observer

Ondes et matière

La partie « observation » est étendue à l’ensemble du spectre des ondes électromagnétiques et aux ondes dans la matière, ainsi qu’aux particules.

Ondes et particules

Des sources « froides » (rayonnement cosmologique, nuages interstellaires, corps solides, etc.) aux plus « chaudes » (étoiles et sources associées), en passant par les sources composites comme les galaxies, l’Univers est empli d’émetteurs électromagnétiques sur tout le spectre, qui interagissent avec l’atmosphère terrestre. Cette interaction, qui dépend du domaine spectral considéré, conditionne la nature de l’instrument d’observation, son support technologique et son altitude (du sol à l’extérieur de l’atmosphère).

L’Homme sait également fabriquer des sources de rayonnement sur l’ensemble du spectre, dans le visible, mais aussi dans les domaines radio, infrarouge et ultraviolet notamment.

Une étude documentaire, non exhaustive, des sources de rayonnement, éventuellement absorbé par l’atmosphère, sera menée, ainsi que sur les ondes de matière à l’œuvre sur Terre, avec une tonalité particulière mise sur les ondes sonores, dont un prolongement pourra être trouvé dans l’enseignement de spécialité.

Les photons associés aux ondes électromagnétiques, les particules élémentaires (électrons, protons, neutrinos, etc.), ou composites (noyaux, atomes, molécules) sont, à côté des ondes électromagnétiques et mécaniques, des supports précieux d’information.

Parmi l’ensemble des sources d’ondes et de particules, un choix est possible d’étude plus particulière ainsi que sur un dispositif d’observation donné. Cette faculté de choix porte également sur l’étude expérimentale obligatoire d’un dispositif de détection.

Notions et contenus Compétences expérimentales exigibles

Rayonnements dans l’Univers

Absorption de rayonnements par l’atmosphère terrestre. Extraire et exploiter des informations sur l’absorption de rayonnements par l’atmosphère terrestre et ses conséquences sur l’observation des sources de rayonnements dans l’Univers.

Connaître des sources de rayonnement radio, infrarouge et ultraviolet.

Les ondes dans la matière

Houle, ondes sismiques, ondes sonores.

Magnitude d’un séisme sur l’échelle de Richter.

Niveau d’intensité sonore.

Extraire et exploiter des informations sur les manifestations des ondes mécaniques dans la matière.

Connaître et exploiter la relation liant le niveau d’intensité sonore à l’intensité sonore.

Détecteurs d’ondes (mécaniques et électromagnétiques) et de particules (photons, particules élémentaires ou non). Extraire et exploiter des informations sur :

- des sources d’ondes et de particules et leurs utilisations ;

- un dispositif de détection.

Pratiquer une démarche expérimentale mettant en œuvre un capteur ou un dispositif de détection.

Physique 1 Ondes et particules Terminale S

1 Rayonnements dans l’univers

1.1 Sources de rayonnement dans l’univers

Les flux de particules dans l'Univers sont regroupés sous le terme de rayonnements. 01 PPT Ondes

Par exemple, le vent solaire est un flux de particules chargées émises par le Soleil. Parmi ces particules :

• des particules élémentaires : électrons, neutrinos, etc. ;

• des assemblages de particules élémentaires : par exemple les noyaux formés de neutrons et de protons ;

• des photons, particules associées aux ondes électromagnétiques.

1.2 Les ondes électromagnétiques

01 Animations\Lumière, onde et énergie.swf

01 Animations\Lumières visibles et invisibles.swf

01 Animations\Ondes électromagnétiques (Domaines).swf

Les ondes électromagnétiques ne nécessitent aucun milieu matériel pour se propager.

Les sources des ondes électromagnétiques dans l'Univers diffèrent selon l'énergie des photons associés :

• les ondes infrarouges, visibles et ultraviolettes ont pour principales sources des corps chauffés (étoiles) ;

• les ondes radio, ou ondes hertziennes, sont produites sur Terre par des antennes, et dans l'espace par certaines étoiles en fin de vie, les pulsars ;

• les rayonnements ionisants (X ou gamma) sont également crées par des pulsars. Sur Terre, ils proviennent de corps radioactifs.

1.3 Absorption des rayonnements

Les vents solaires sont déviés par le champ magnétique terrestre et excitent les particules de l’atmosphère, créant des aurores boréales. 01 Galerie de photos\Aurore boréale.jpg

Les rayonnements interagissent avec l'atmosphère, ce qui empêche parfois leur détection. Pour s'affranchir de cette limitation, certains détecteurs sont embarqués dans des engins spatiaux.

De nombreuses molécules présentes dans l'atmosphère absorbent les ondes électromagnétiques :

• Le protoxyde d'azote N2O, le dioxygène O2, l’ozone O3, etc. absorbent le rayonnement ultraviolet (UV)

• De nombreux gaz à effet de serre (CO2, H2O, CH4, CFC, etc.) absorbent une partie du rayonnement infrarouge (IR). L’atmosphère réémet vers la Terre une partie de ces infrarouges, et contribue au maintien d’une température plus importante que s’il n’y avait pas d’atmosphère.

1.4 Les détecteurs

Les détecteurs

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