Visualiseur d'ondes / fréquences

Qu'est-ce qu'un calculateur d'ondes ?

Les ondes sont des perturbations qui transportent de l'énergie à travers un milieu (ou à travers l'espace, dans le cas des ondes électromagnétiques). Les trois propriétés fondamentales d'une onde sont la fréquence (f, en hertz), la longueur d'onde (lambda, en mètres) et la vitesse de propagation (v, en mètres par seconde). Elles sont liées par l'équation : v = f * lambda. Si vous en connaissez deux, vous pouvez calculer la troisième.

Cette relation s'applique à tous les types d'ondes : ondes sonores, ondes lumineuses, vagues, ondes radio et ondes sismiques. La vitesse de l'onde dépend du milieu — le son se propage à environ 343 m/s dans l'air mais à 1 480 m/s dans l'eau. La lumière se déplace à environ 300 000 000 m/s dans le vide.

Propriétés des ondes

• Fréquence : nombre de cycles complets passant par un point en une seconde. Exprimée en hertz (Hz). Audition humaine : 20 Hz à 20 000 Hz.
• Longueur d'onde : la distance entre deux points identiques consécutifs d'une onde (par exemple, de crête à crête). Elle s'étend des picomètres (rayons gamma) aux kilomètres (ondes radio).
• Amplitude : le déplacement maximal par rapport à la position de repos. Elle détermine l'énergie et l'intensité de l'onde (volume sonore pour le son, luminosité pour la lumière).
• Période : durée d'un cycle complet. T = 1/f. Une onde sonore à 440 Hz (le la du diapason) a une période d'environ 2,27 millisecondes.

Comment utiliser cet outil

Saisissez deux des trois grandeurs suivantes : fréquence, longueur d'onde et vitesse de propagation. Le calculateur détermine la troisième et affiche également la période. Pour les ondes électromagnétiques, la vitesse est par défaut celle de la lumière. Pour les ondes sonores, sélectionnez le milieu (air, eau, acier) afin d'utiliser la vitesse appropriée.

Le spectre électromagnétique

Les ondes électromagnétiques couvrent une plage de fréquences immense : ondes radio (en dessous de 300 GHz), micro-ondes (300 MHz à 300 GHz), infrarouge (300 GHz à 400 THz), lumière visible (400 à 790 THz), ultraviolets (790 THz à 30 PHz), rayons X (30 PHz à 30 EHz) et rayons gamma (au-dessus de 30 EHz). Toutes se propagent à la vitesse de la lumière dans le vide, mais présentent des longueurs d'onde et des propriétés très différentes.

Exemple concret

Une onde sonore se propage à 343 m/s dans l'air à une fréquence de 440 Hz, la note musicale la. Sa longueur d'onde est λ = v / f = 343 / 440 ≈ 0,78 m. Doublez la fréquence à 880 Hz — le la à l'octave supérieure — et la longueur d'onde est divisée par deux, environ 0,39 m, puisque la vitesse reste fixée par le milieu.

Erreurs courantes

Une erreur courante est de supposer que la vitesse d'une onde dépend de sa fréquence ; dans un milieu donné, la vitesse est fixe, et changer la fréquence change plutôt la longueur d'onde. Une autre est de mélanger la vitesse du son avec celle de la lumière — elles diffèrent d'un facteur proche du million. Confondre période (secondes par cycle) et fréquence (cycles par seconde) donne aussi des réponses inversées.

Foire aux questions

Pourquoi le son se propage-t-il plus vite dans l'eau que dans l'air ?

Le son est une onde mécanique — il se propage par des particules qui poussent les particules voisines. Les molécules d'eau sont bien plus proches les unes des autres et bien plus solidement liées que celles de l'air, si bien que la poussée se transmet plus rapidement. De manière générale, le son se propage le plus vite dans les solides (acier : 5 960 m/s), plus lentement dans les liquides (eau : 1 480 m/s) et le plus lentement dans les gaz (air : 343 m/s).

Qu'est-ce que l'effet Doppler ?

L'effet Doppler est le changement de fréquence perçue lorsque la source et l'observateur se déplacent l'un par rapport à l'autre. Une sirène d'ambulance qui approche semble plus aiguë (longueur d'onde comprimée, fréquence plus élevée) et celle qui s'éloigne paraît plus grave (longueur d'onde étirée, fréquence plus basse). Le même effet s'applique à la lumière — les objets qui s'approchent paraissent décalés vers le bleu, ceux qui s'éloignent vers le rouge.

Quelle est la relation entre fréquence et longueur d'onde ?

Pour une vitesse d'onde fixe, la fréquence et la longueur d'onde sont inversement proportionnelles : v = f × λ. Augmenter la fréquence raccourcit la longueur d'onde et inversement. C'est pourquoi les sons aigus et la lumière de haute énergie ont de courtes longueurs d'onde, tandis que les basses fréquences s'étirent sur de plus longues.