Physique-Chimie au lycée

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Le dictionnaire des sciences

La longueur d'onde

Sommaire:
Qu'est-ce qu'une longueur d'onde ?
Notation et unité
Calculer une longueur d'onde
Exemples de calculs
Longueurs d'onde de la lumière visible
Les autres rayonnements électromagnétiques
Les ondes sonores

Qu'est-ce qu'une longueur d'onde ?

La longueur d'onde est une grandeur définie pour toutes les ondes périodiques, elle représente la distance parcourue par l'onde pendant la durée d'une période T. Elle correspond aussi à la distance sur laquelle s'étend le motif élémentaire de l'onde.

Notation et unité

La longueur d'onde est notée à l'aide la lettre grecque lambda (λ).
Elle s'exprime dans la même unité que toute les longueurs, à savoir en mètre ou l'une de ses unités dérivées lorsque cela s'avère mieux adapté.

Calculer une longueur d'onde

Si une onde a une vitesse de propagtion "c" et une période T, alors sa longueur peut être calculée grâce à la relation suivante:

λ = c x T
Avec :

  • λ en mètre (m)
  • c en mètre par seconde (m/s)
  • T en seconde (s)

Il est également possible de calculer la longueur d'onde lorsqu'on connait la vitesse de propagation et la fréquence f (rappel: f = 1/T) avec la relation suivante:

λ = c : f
Avec :

  • λ en mètre (m)
  • c en mètre par seconde (m/s)
  • f en hertz (Hz)

Les relations précédentes impliquent:
- Que la longueur d'onde est proportionnelle à la période, elle est donc d'autant plus élevée que la période est grande.
- Que la longueur d'onde est inversement proportionnelle à la fréquence, elle est donc d'autant plus élevée que la fréquence est faible.

Exemples de calcul de longueur d'onde

Si une onde sonore a une fréquende 1000 Hz et une vitesse de propagation de 330 m/s alors sa longueur d'onde est:
λ = c : f
λ = 330 : 1000
λ = 0,330 m
Si une onde mécanique a une période de 2 s et une vitesse de propagation de 5m/s alors sa longueur d'onde est:
λ = c x T
λ = 5 x 2
λ = 10 m

Longueurs d'ondes de la lumière visible

La lumière est une onde électromagnétique dont la couleur dépend de la longeur d'onde. Chaque chaque teinte et nuance est caractérisée par son propre intervalle de longueur d'onde et il peut s'avérer délicat d'établir des limites précises des différentes couleurs d'une part et du domaine des lumières visibles d'autre part. Les valeurs fournies varient selon les sources, les plus approximatives retiennent pour la lumière visible un intervalle allant de 400 nm à 800 nm mais il est aussi fréquent de trouver l'intervalle [380 nm – 780 nm] ou [350 nm – 750 nm]. Les sites éducatifs de la Nasa et du CNRS proposent de retenir l'intervalle [400 nm – 700 nm]

Le site de la Nasa suggère d'associer les principale couleurs aux longueurs d'onde suivantes:

Couleur Violet Indigo Bleu Vert Jaune Orange Rouge
Autour de 400 nm 445 nm 475 nm 510 nm 570 nm 590 nm 650 nm

 

Longueur d'onde et couleur
Tout au long du spectre de la lumière visible, du rouge au violet, la longueur d'onde diminue progressivement

Longueurs d'onde des autres rayonnements électromagnétiques

En dehors de la lumière visible que peut détecter l'oeil humain il existe d'autres rayonnements électromagnétiques invisible mais qu'il est possible de détecter. Les rayonnements d'une longueur d'onde inférieurs à celle de la lumière violette (inférieure à 400 nm) correspondent aux ultraviolets aux delà desquels se trouvent les rayons X puis les rayons gamme. Les rayonnements d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière rouge (supérieure à 700 nm) correspondent à des infrarouges et à des longueurs d'onde encore plus élevée les rayonnements électromagnétiques deviennent des micro-ondes puis des ondes radio.

Longueur d'onde des rayonnements électromagnétiques

Les différents rayonnements électromagnétiques (adapté d'un document de la NASA)

Image du Soleil à différentes longueurs d'onde
Image de la NASA
Ci-contre une image du Soleil constituée de plusieurs photos obtenues à 10 longueurs d'ondes différentes. Chacune permet d'observer des détails particuliers de la structure du Soleil. En astrophysique l'observation dans le domaine visible n'est pas toujours adaptée et il est fréquent de recourir à d'autres longueurs d'ondes appartenant aux domaines des infrarouges, des ultra-violet, des rayons X...

Longueur d'onde des ondes sonores

Bien que ce soit moins fréquent il est aussi possible de définir des longeurs d'onde pour des ondes mécaniques comme les ondes sonores. Les ondes sonores audibles sont caractérisées par des fréquences allant de 20 Hz à 20 000 Hz ce qui correspond à des longueurs d'onde allant de 0,017 m à 17 m.

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