Signaux et information : son et lumière
Pourquoi voit-on l'éclair avant d'entendre le tonnerre ? Découvre comment un signal sonore et un signal lumineux transportent une information.
Où tu en es dans ton année
À la fin de ce chapitre, tu sauras
- Identifier la source, le milieu et le récepteur d'un signal
- Expliquer qu'un son est une vibration qui a besoin de matière
- Savoir que la lumière se propage en ligne droite, même dans le vide
- Comparer la vitesse du son et celle de la lumière
- Reconnaître qu'un signal transporte une information codée
Pendant un orage, tu vois l'éclair tout de suite, mais le tonnerre arrive plusieurs secondes plus tard : pourquoi ce retard ?
Une sonnerie, un feu rouge, le bip d'un portique de magasin, le message d'un téléphone : toute la journée, des signaux t'apportent des informations. Dans ce chapitre, tu vas apprendre ce qu'est un signal, comment un son et une lumière voyagent jusqu'à toi, pourquoi l'un a besoin d'air et l'autre non, et comment on cache une information dans un signal. À la fin, tu sauras calculer à quelle distance se trouve un orage.
Qu'est-ce qu'un signal ?
Un signal est une information qui part d'un endroit et arrive à un autre. Pour qu'il y ait signal, il faut toujours trois éléments : une source qui l'émet, un milieu dans lequel il se propage, et un récepteur qui le capte. Si l'un des trois manque, l'information ne passe pas.
Vocabulaire
- Signal :
- Information émise par une source, qui se propage et qui est captée par un récepteur.
- Source :
- Ce qui produit le signal : une cloche, une lampe, une voix, un téléphone.
- Milieu de propagation :
- Ce que le signal traverse pour aller de la source au récepteur : l'air, l'eau, un mur, ou le vide pour la lumière.
- Récepteur :
- Ce qui capte le signal : une oreille, un œil, un micro, une caméra, un capteur.
- Se propager :
- Avancer de proche en proche depuis la source, dans toutes les directions.
Exemple résolu
La sonnerie du collège retentit et tu l'entends depuis la cour. Identifie la source, le milieu et le récepteur.
- Étape 1 : Je cherche ce qui produit le signalsource = la sonnerie
- Étape 2 : Je cherche ce que le signal traversemilieu = l'air de la cour
- Étape 3 : Je cherche ce qui capte le signalrécepteur = mon oreille
- Étape 4 : Je nomme l'information transportéeinformation = le cours commence
Résultat : Source : la sonnerie. Milieu : l'air. Récepteur : l'oreille. Information : il faut rentrer en classe.
Piège à éviter : L'oreille n'est jamais la source : elle reçoit, elle ne produit pas le son.
À toi d'essayer
Tu regardes un feu tricolore qui passe au rouge. Quels sont la source, le milieu et le récepteur ?
Coup de pouce : Pose-toi les trois questions dans l'ordre : qui émet, qu'est-ce que ça traverse, qui reçoit ?
Voir la réponseMasquer la réponse
Source : la lampe rouge du feu. Milieu : l'air entre le feu et toi. Récepteur : ton œil. L'information est qu'il faut s'arrêter.
Le signal sonore : une vibration qui a besoin de matière
Un son naît toujours d'une vibration, c'est-à-dire d'un mouvement très rapide d'avant en arrière. La peau d'un tambour frappé, une corde de guitare pincée ou tes cordes vocales quand tu parles : tous vibrent. Cette vibration secoue l'air tout autour, de proche en proche, jusqu'à ton oreille.
Le son a besoin de matière pour avancer : de l'air, mais aussi de l'eau ou un solide. Dans l'eau d'une piscine, tu entends encore ; l'oreille collée contre un mur, tu entends la pièce d'à côté. En revanche, dans le vide, là où il n'y a plus rien du tout, aucun son ne peut se propager.
Dans les films, on entend les explosions dans l'espace. C'est impossible : entre les planètes il n'y a presque pas de matière, donc le son n'a rien pour se propager. Deux astronautes en sortie doivent utiliser la radio.
Dans l'air, le son avance à environ 340 mètres par seconde, soit un peu plus d'un kilomètre en trois secondes. C'est très rapide comparé à une voiture, mais très lent comparé à la lumière : sur un kilomètre, le son met environ trois secondes, là où la lumière met moins d'un millième de seconde.
Exemple résolu
Un plongeur tape deux pierres l'une contre l'autre sous l'eau. Un camarade, sous l'eau lui aussi, entend-il quelque chose ? Explique.
- Étape 1 : Je cherche la sourceles pierres qui se choquent et vibrent
- Étape 2 : Je cherche le milieul'eau de la piscine ou de la mer
- Étape 3 : Je vérifie la conditionl'eau est de la matière, donc le son peut s'y propager
- Étape 4 : Je conclus pour le récepteurl'oreille du camarade reçoit bien la vibration
Résultat : Oui, il entend : l'eau est un milieu matériel, elle transporte très bien le son.
Piège à éviter : Il ne faut pas confondre vide et obscurité. Dans le noir complet, un son se propage parfaitement : le son n'a pas besoin de lumière, seulement de matière.
À toi d'essayer
Sur la Lune, deux astronautes se parlent sans radio, face à face. S'entendent-ils ? Pourquoi ?
Coup de pouce : Demande-toi ce qu'il y a entre leurs deux casques.
Correction détaillée pas à pasDans ce chapitre : 4 corrections détaillées.
Le signal lumineux : en ligne droite, même dans le vide
Une source de lumière est un objet qui produit sa propre lumière : le Soleil, une lampe, une flamme, un écran. Les autres objets, comme la Lune ou un livre, ne font que renvoyer la lumière qu'ils reçoivent. Dans l'air, dans l'eau ou dans le verre, la lumière se propage en ligne droite : c'est ce qui explique les ombres bien nettes.
Contrairement au son, la lumière n'a pas besoin de matière : elle traverse le vide. C'est pour cela que la lumière du Soleil nous parvient alors qu'il n'y a pratiquement rien entre lui et nous. Elle avance à environ 300 000 kilomètres par seconde : la lumière du Soleil met environ 8 minutes et 20 secondes pour atteindre la Terre.
Un milieu transparent, comme l'air ou le verre propre, laisse passer la lumière. Un milieu opaque, comme un mur ou un carton, l'arrête complètement. Un milieu translucide, comme du verre dépoli, en laisse passer une partie mais on ne distingue pas les formes.
Exemple résolu
Une lampe allumée est posée derrière l'angle d'un couloir. Tu ne la vois pas, alors que le couloir est éclairé. Explique.
- Étape 1 : Je rappelle la propriété : la lumière se propage en ligne droite.
- Étape 2 : Je trace mentalement la ligne lampe-œilcette ligne traverse le mur de l'angle
- Étape 3 : Le mur est opaqueaucun rayon direct ne peut atteindre mon œil
- Étape 4 : J'explique la clarté du couloirles murs renvoient une partie de la lumière, qui arrive à mon œil par un autre chemin
Résultat : On ne voit pas la lampe parce qu'aucun rayon ne peut contourner le mur : la lumière ne tourne pas. On voit seulement la lumière renvoyée par les murs.
Piège à éviter : Un couloir éclairé ne prouve pas que l'on voit la source : voir de la lumière et voir la lampe sont deux choses différentes.
À toi d'essayer
Il n'y a pas d'air entre le Soleil et la Terre. Pourquoi sa lumière nous parvient-elle quand même ?
Coup de pouce : Compare avec le son : qu'est-ce qui lui manquerait, à lui, dans l'espace ?
Correction détaillée pas à pasDans ce chapitre : 4 corrections détaillées.
Comparer le son et la lumière
Le son et la lumière sont tous les deux des signaux : ils partent d'une source et arrivent à un récepteur. Mais ils ne voyagent ni de la même façon, ni à la même vitesse. C'est cette différence de vitesse qui explique l'orage : l'éclair arrive pratiquement tout de suite, le tonnerre traîne derrière.
Estimer la distance d'un orage
- Dès que je vois l'éclair, je commence à compter les secondes.
- J'arrête de compter quand j'entends le tonnerre.
- Je divise le nombre de secondes par 3.
- Le résultat donne la distance de l'orage en kilomètres, de façon approchée.
- Moins de 3 secondes : l'orage est à moins d'un kilomètre, il faut se mettre à l'abri.
Exemple résolu
Tu vois un éclair, puis tu comptes 6 secondes avant d'entendre le tonnerre. À quelle distance se trouve l'orage ?
- Étape 1 : Je note la durée mesuréet = 6 s
- Étape 2 : Je rappelle la vitesse du sonenviron 340 m/s, soit environ 1 km en 3 s
- Étape 3 : Je divise par 36 : 3 = 2
- Étape 4 : Je donne l'unitédistance d'environ 2 km
Résultat : L'orage se trouve à environ 2 kilomètres.
Piège à éviter : Il faut partir de l'éclair, pas du tonnerre : si on commence à compter en entendant le tonnerre, on ne mesure plus rien du tout.
Son et lumière : les différences à retenir
| Comparaison | Le son | La lumière |
|---|---|---|
| Origine | une vibration | une source de lumière |
| Milieu nécessaire | de la matière : air, eau, solide | aucun : passe aussi dans le vide |
| Vitesse | environ 340 m/s dans l'air | environ 300 000 km/s |
| Récepteur | l'oreille, un micro | l'œil, une caméra |
| Exemple du quotidien | une sonnerie | un feu tricolore |
À toi d'essayer
Tu comptes 9 secondes entre l'éclair et le tonnerre. À quelle distance est l'orage ? S'approche-t-il si tu comptes 4 secondes dix minutes plus tard ?
Coup de pouce : Applique la méthode deux fois, puis compare les deux distances.
Correction détaillée pas à pasDans ce chapitre : 4 corrections détaillées.
Un signal transporte une information codée
Un signal ne sert à rien si le récepteur ne sait pas ce qu'il veut dire. Pour se comprendre, l'émetteur et le récepteur se mettent d'accord à l'avance sur un code : une règle qui donne un sens à chaque signal. Le rouge du feu tricolore veut dire stop parce que tout le monde a appris ce code.
- Le feu tricolore : un signal lumineux dont la couleur est le code.
- La sonnerie du collège : un signal sonore qui annonce le début ou la fin du cours.
- Le phare d'un port : un signal lumineux dont le rythme des éclats identifie le phare.
- La sirène d'une ambulance : un signal sonore qui demande de laisser le passage.
- Le bip d'un four : un signal sonore qui prévient que la cuisson est terminée.
Vocabulaire
- Information :
- Ce que le signal fait savoir au récepteur : un danger, une heure, un ordre, un message.
- Code :
- Règle convenue à l'avance qui donne un sens à chaque signal reçu.
- Signal sonore :
- Signal transporté par un son, capté par l'oreille ou un micro.
- Signal lumineux :
- Signal transporté par de la lumière, capté par l'œil ou une caméra.
Dans certaines situations, on choisit le signal selon ce qui passe le mieux. Dans un brouillard épais, la corne de brume (un son) porte mieux qu'un feu. La nuit en pleine mer, au contraire, un phare (une lumière) se voit de très loin. Un bateau en détresse utilise souvent les deux en même temps.
À toi d'essayer
Un alpiniste bloqué dans le brouillard veut appeler à l'aide. Vaut-il mieux agiter une lampe ou siffler ? Justifie.
Coup de pouce : Demande-toi lequel des deux signaux le brouillard gêne le plus.
Correction détaillée pas à pasDans ce chapitre : 4 corrections détaillées.
À retenir
- Un signal = une source, un milieu de propagation, un récepteur.
- Un son est produit par une vibration et a besoin de matière : il ne se propage pas dans le vide.
- La lumière se propage en ligne droite et traverse le vide.
- Le son avance à environ 340 m/s dans l'air, la lumière à environ 300 000 km/s.
- On estime la distance d'un orage en divisant par 3 le nombre de secondes entre l'éclair et le tonnerre.
- Un signal ne transporte une information que si l'émetteur et le récepteur partagent le même code.
Fiche de révision : signaux, son et lumière
Définition
un signal est une information émise par une source, propagée dans un milieu, captée par un récepteur.
Son
né d'une vibration ; a besoin de matière (air, eau, solide) ; environ 340 m/s dans l'air.
Lumière
émise par une source lumineuse ; se propage en ligne droite ; traverse le vide ; environ 300 000 km/s.
Milieux
transparent (laisse passer), translucide (laisse passer sans montrer les formes), opaque (arrête).
Orage
distance en km ≈ nombre de secondes entre l'éclair et le tonnerre, divisé par 3.
Information
le signal ne veut dire quelque chose que grâce à un code connu des deux côtés.
Exemple type
sonnerie (source) → air (milieu) → oreille (récepteur).
Questions frequentes
Parce que les deux sont produits au même instant, mais ne voyagent pas à la même vitesse. La lumière de l'éclair fait un kilomètre en moins d'un millième de seconde, alors que le son du tonnerre met environ trois secondes pour le même kilomètre.
Dans l'eau. Le son y avance environ quatre fois plus vite que dans l'air, parce que les particules d'eau sont bien plus serrées et se transmettent la vibration plus facilement.
Non. Un objet transparent, comme une vitre propre, la laisse passer et on voit nettement à travers. Un objet translucide, comme du verre dépoli, en laisse passer une partie mais brouille les formes. Un objet opaque, comme un mur, l'arrête complètement et crée une ombre.
Parce qu'il n'y a presque pas de matière entre les astres. Or le son est une vibration qui doit être transmise de proche en proche par de la matière : sans air, la vibration n'a rien à secouer, donc aucun son ne part.
Oui. Il existe par exemple des signaux électriques qui circulent dans les fils, et des signaux radio utilisés par les téléphones. En sixième, on étudie surtout les deux signaux que nos sens captent directement : le son et la lumière.
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