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La fréquence : formule et comment la calculer

L’essentiel

La fréquence d’un phénomène périodique est le nombre de fois qu’il se répète en une seconde. Elle se note f et s’exprime en hertz (Hz). Pour la calculer, on utilise la formule f = 1 / T, où T est la période en secondes. Une période de 0,5 s correspond à une fréquence de 2 Hz.

La formule de la fréquence

La période T est la durée d’un motif qui se répète. La fréquence f compte le nombre de motifs par seconde. Les deux varient en sens inverse : plus la période est courte, plus la fréquence est grande.

1 Hz correspond à une répétition par seconde. On utilise aussi le kilohertz (1 kHz = 1 000 Hz), le mégahertz (1 MHz = 10⁶ Hz) et le gigahertz (1 GHz = 10⁹ Hz).

f = 1 / T, avec f en hertz (Hz) et T en secondes (s). Inversement, T = 1 / f.

Comment calculer une fréquence

Il existe deux façons de faire, selon les données de l’énoncé.

  • Avec la période : convertis T en secondes, puis calcule f = 1 / T.
  • Avec un nombre de répétitions : divise le nombre de répétitions n par la durée Δt en secondes, f = n / Δt.
  • T = 2 ms = 0,002 s : f = 1 ÷ 0,002 = 500 Hz.
  • T = 20 ms = 0,020 s : f = 1 ÷ 0,020 = 50 Hz, la fréquence du courant du secteur en France.
  • Un pendule fait 30 oscillations en 60 s : f = 30 ÷ 60 = 0,5 Hz.
  • Un cœur bat 72 fois par minute : f = 72 ÷ 60 = 1,2 Hz.

Astuce : Pense à convertir : 1 ms = 0,001 s. C’est la source d’erreur la plus fréquente.

Lire une fréquence sur un oscillogramme

  • Repère un motif complet du signal, par exemple d’un sommet au sommet suivant.
  • Compte le nombre de divisions horizontales de ce motif.
  • Multiplie par la base de temps pour obtenir T.
  • Calcule f = 1 / T.
  • Un motif occupe 4 divisions et la base de temps vaut 0,5 ms par division : T = 4 × 0,5 = 2 ms, donc f = 500 Hz.
  • Pour plus de précision, mesure plusieurs périodes : 3 motifs sur 9 divisions à 1 ms par division donnent 3T = 9 ms, T = 3 ms et f ≈ 333 Hz.

Ordres de grandeur de fréquences

Pour un son, la fréquence fixe la hauteur : plus elle est grande, plus le son est aigu.

Quelques fréquences à connaître
PhénomèneFréquence
Battements du cœur au reposEnviron 1 Hz
Courant du secteur en France50 Hz
Sons audibles par l’être humainDe 20 Hz à 20 kHz
Le la du diapason440 Hz
UltrasonsAu-dessus de 20 kHz
Radio FMDe 87,5 à 108 MHz
Wi-Fi2,4 GHz et 5 GHz

Fréquence et longueur d’onde

Pour une onde, la fréquence est reliée à la longueur d’onde λ et à la vitesse de propagation v.

λ = v / f, avec λ en mètres, v en m/s et f en Hz.

  • Un son de 440 Hz dans l’air, à 340 m/s : λ = 340 ÷ 440 ≈ 0,77 m.

Les erreurs à éviter

  • f = 1 ÷ 2 = 0,5 Hz pour T = 2 ms f = 1 ÷ 0,002 = 500 Hz

    La période doit être en secondes pour obtenir des hertz.

  • f = T f = 1 / T

    Fréquence et période sont inverses l’une de l’autre.

  • Une fréquence de 2 Hz signifie une période de 2 s Elle correspond à T = 0,5 s

    Deux répétitions par seconde durent chacune une demi-seconde.

Exercices corrigés

  1. 1. Quelle est l’unité de la fréquence ?

    Voir la correction

    Le hertz. La fréquence s’exprime en hertz, de symbole Hz.

  2. 2. Un signal a une période de 0,5 s. Quelle est sa fréquence ?

    Voir la correction

    2 Hz. f = 1 ÷ 0,5 = 2 Hz.

  3. 3. Un signal a une période de 4 ms. Quelle est sa fréquence ?

    Voir la correction

    250 Hz. T = 0,004 s, donc f = 1 ÷ 0,004 = 250 Hz.

  4. 4. Le courant du secteur a une fréquence de 50 Hz. Quelle est sa période ?

    Voir la correction

    20 ms. T = 1 ÷ 50 = 0,02 s = 20 ms.

  5. 5. Sur un oscillogramme, une période occupe 5 divisions, avec 0,2 ms par division. Quelle est la fréquence ?

    Voir la correction

    1 000 Hz. T = 5 × 0,2 = 1 ms = 0,001 s, donc f = 1 000 Hz.

  6. 6. Dans l’air, à 340 m/s, quelle est la longueur d’onde d’un son de 170 Hz ?

    Voir la correction

    2 m. λ = v / f = 340 ÷ 170 = 2 m.

Questions fréquentes

Comment calculer une fréquence en statistiques ?

En maths, c’est une autre notion : la fréquence d’une valeur est son effectif divisé par l’effectif total. Par exemple, 6 élèves sur 24 donnent une fréquence de 0,25, soit 25 %.

Comment calculer une fréquence cardiaque ?

Compte les battements pendant 15 secondes et multiplie par 4 : tu obtiens un nombre de battements par minute. Pour l’avoir en hertz, divise par 60.

Quelle différence entre fréquence et période ?

La période est la durée d’un motif, en secondes. La fréquence est le nombre de motifs par seconde, en hertz. L’une est l’inverse de l’autre.

Pour aller plus loin