Ondes, son et lumière : formules essentielles

Une onde périodique est décrite par sa période T, sa fréquence f = 1/T et sa longueur d’onde λ, reliées par v = λ × f. Le son se propage à environ 340 m/s dans l’air et a besoin d’un milieu, la lumière se propage dans le vide à 3,00 × 10⁸ m/s.

Mis à jour le 7 novembre 2026

Grandeurs d’une onde périodique

GrandeurSymboleUnitéFormule
période (durée d’un motif)Tseconde (s)T = 1 / f
fréquence (nombre de motifs par seconde)f (ou ν)hertz (Hz)f = 1 / T
longueur d’onde (distance parcourue pendant T)λmètre (m)λ = v × T = v / f
vitesse de propagation (célérité)v (c pour la lumière)m/sv = λ × f = d / t

Deux familles d’ondes

Ondes mécaniques (son, vagues, séisme)Ondes électromagnétiques (lumière, radio, rayons X)
milieu nécessaireoui : pas de son dans le videnon : se propagent dans le vide
vitesse typiqueson : environ 340 m/s dans l’air (343 m/s à 20 °C), 1 480 m/s dans l’eau, 5 000 m/s dans l’acierc = 3,00 × 108 m/s dans le vide (299 792 458 m/s exactement)
naturelongitudinale (son) ou transversale (corde)transversale

Le son

DomaineFréquences
infrasonsf < 20 Hz
sons audibles20 Hz à 20 000 Hz
ultrasonsf > 20 kHz
  • Hauteur : liée à la fréquence (son aigu = fréquence élevée). Intensité : liée à l’amplitude. Timbre : forme du signal (harmoniques).
  • Niveau sonore L = 10 log(I / I0) en décibels (dB), I0 = 10−12 W/m2 ; doubler l’intensité ajoute 3 dB.
  • Écho et sonar : distance d = v × t / 2 (aller-retour).

La lumière

DomaineLongueur d’onde dans le vide
ultravioleten dessous de 400 nm
visible400 nm (violet) à 800 nm (rouge)
infrarougeau-delà de 800 nm
  • Énergie d’un photon : E = h × ν = h c / λ, avec h = 6,63 × 10−34 J·s.
  • Année-lumière : distance parcourue en un an, environ 9,46 × 1015 m.
  • Dans un milieu d’indice n, la vitesse devient v = c / n et la longueur d’onde λ / n ; la fréquence ne change pas.

Exemples

SituationCalculRésultat
la 440 Hz dans l’airλ = 340 / 440≈ 0,77 m
éclair vu, tonnerre entendu 6 s aprèsd = 340 × 6≈ 2 km
onde radio FM à 100 MHzλ = 3,00 × 108 / 1083 m
lumière rouge λ = 700 nmf = 3,00 × 108 / 7 × 10−7≈ 4,3 × 1014 Hz

Erreurs fréquentes

  • Erreur : λ = v × f → Correct : λ = v / f = v × T.
  • Erreur : le son se propage dans le vide → Correct : une onde mécanique a besoin d’un milieu matériel.
  • Erreur : fréquence en Hz avec une période en millisecondes sans conversion → Correct : T en secondes (T = 2 ms = 0,002 s ⇒ f = 500 Hz).
  • Erreur : distance de l’écho d = v × t → Correct : diviser par 2, le son fait l’aller et le retour.
  • Erreur : la fréquence change quand la lumière entre dans l’eau → Correct : la fréquence est conservée ; vitesse et longueur d’onde diminuent.

À retenir

v = λ f et T = 1/f résument toute la description d’une onde périodique. Son : 340 m/s dans l’air, audible de 20 Hz à 20 kHz. Lumière : 3,00 × 10⁸ m/s dans le vide, visible de 400 à 800 nm.

Voir aussi