Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES

Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES

I) ExemplesPropagation d’ondes de déformation à la surface de

l’eau.

Simulation

D:\Programmation\Synth<E8>se des Logiciels\Logicielsphysiquechimie.exe


I) Exemples Propagation d’une onde de déformation le long d’un ressort.

Propagation d’une onde de déformation le long d’une corde

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I) ExemplesSimulation de la propagation d’un tsunami.

Simulation



I) Exemples

Autres exemples:

� Une hola dans un stade,� les ondes radio (télévision, radio, téléphonie mobile...),� les ondes ultrasonores (communication entre poissons, repérage de l’espace par les chauves-souris ...) etc...

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I) Exemples

Les questions que se posent le physicien:

Qu’est-ce qu’une onde ? Comment décrire la propagation d’une onde; avec quel nouveau vocabulaire ? Quels sont les paramètres qui influencent la propagation d’une onde ?

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I) Exemples

II) Définitions et vocabulaire A) Ondes mécaniques progressives

Question: Que va faire le bateau au passage de l’onde ?

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I) Exemples

II) Définitions et vocabulaire A) Ondes mécaniques progressives

On appelle onde mécanique progressive, le phénomène de propagation libre d’une perturbation (ou déformation) dans un milieu, sans transport de matière.

Conclusion:

Simulation



I) Exemples

II) Définitions et vocabulaire A) Ondes mécaniques progressives B) Ondes transversales, longitudinales

Onde de déformation le long d’une corde.

Le déplacement de la perturbation s’effectue perpendiculairement à la direction de propagation: C’est une onde transversale.

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I) Exemples


Autre exemple d’ondes transversales.

Onde de déformation à la surface de l ’eau:

Simulation



I) Exemples


Onde de déformation (de compression) le long d’un ressort.

Le déplacement de la perturbation s’effectue dans la même direction que celle de la propagation : C’est une onde longitudinale.

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I) Exemples


Expérience de la bougie et du haut-parleur

La flamme se met à bouger en suivant le mouvement de va et vient de l’air : Ceci illustre la nature longitudinale des ondes sonores.

Observations:

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I) Exemples


Une onde sonore résulte de la propagation d’une onde longitudinale de compression-dilatation dans un milieu, solide, liquide, ou gazeux.

Conclusion:

Simulation



I) Exemples

II) Définitions et vocabulaire A) Ondes mécaniques progressives B) Ondes transversales, longitudinales C) Célérité 1) Définition

La célérité d’une onde est la vitesse de déplacement de la perturbation. Elle est égale au rapport de la distance d parcourue par l’onde sur la durée t nécessaire pour la parcourir .

Δt

dV

(m)

(s)

(m.s-1)

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I) Exemples

II) Définitions et vocabulaire A) Ondes mécaniques progressives B) Ondes transversales, longitudinales C) Célérité 1) Définition 2) Mesure de la vitesse de propagation le long d’une corde tendue.

Mesure de la célérité d’une onde de déformation transversale

le long d’une corde tendue.

Schéma du montage

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I) Exemples

II) Définitions et vocabulaire A) Ondes mécaniques progressives B) Ondes transversales, longitudinales C) Célérité 1) Définition 2) Mesure de la vitesse de propagation le long d’une corde tendue.

Résultats: durée de propagation entre les deux capteurs (en ms).

Conclusion:

La célérité de l’onde dépend de la tension de la corde, plus celle-ci est grande, plus l’onde se propage vite.

Remarque : On verra dans le chapitre suivant que la célérité dépend aussi de la masse linéique de la corde.

1 2 3 4 Moy.(ms) V (m.s-1)

Peu tendue

Plus tendue

72 868483 2,581

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I) Exemples

II) Définitions et vocabulaire A) Ondes mécaniques progressives B) Ondes transversales, longitudinales C) Célérité 1) Définition 2) Mesure de la vitesse de propagation le long d’une corde tendue. 3) Mesure de la vitesse du son dans l’air.

Mesure de la célérité du son dans l ’air.

Schéma du montage

Simulation



I) Exemples


Résultats:

Simulation



I) Exemples


Résultats:

Remarque: Tout comme pour la corde, la célérité du son dépend des caractéristiques (température, état physique…) du milieu.

Distance entre les deux micros : D = 0,50 mDurée de propagation :t = 1,4 ms

Dans l’air (à 20 °C), la célérité du son est :

12 s.m106,3Δt

dV

Milieu Célérité du sonAir(sec, 0°C) 331 m.s-1

Air(sec, 15°C) 340 m.s-1Eau 1500 m.s-1Fer 6000 m.s-1

Pétrole 1700 m.s-1 Simulation



I) Exemples

II) Définitions et vocabulaire A) Ondes mécaniques progressives B) Ondes transversales, longitudinales C) Célérité 1) Définition 2) Mesure de la vitesse de propagation le long d’une corde tendue. 3) Mesure de la vitesse du son dans l’air. D) Croisement de deux ondes

Question : Qu’arrive-t-il lorsque deux ondes se rencontrent ?

Expérimentation:On touche successivement la surface de l’eau en deux points différents en veillant bien à ce que chaque onde soit observée seule.

Conclusion:On constate que, dans ce cas, les deux ondes se croisent sans se perturber

Simulation



I) Exemples

II) Définitions et vocabulaire A) Ondes mécaniques progressives B) Ondes transversales, longitudinales C) Célérité 1) Définition 2) Mesure de la vitesse de propagation le long d’une corde tendue. 3) Mesure de la vitesse du son dans l’air. D) Croisement de deux ondes E) Propriétés générales des ondes

� Une onde se propage, à partir de la source, dans toutes les directions qui lui sont offertes.

� La perturbation se transmet de proche en proche sans transport de matière (mais il y a par contre un transfert d’énergie).

� La célérité de propagation d’une onde est une caractéristique du milieu.

�Deux ondes peuvent se croiser sans se perturber

Effet d’une onde sismique.

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I) Exemples

II) Définitions et vocabulaire A) Ondes mécaniques progressives B) Ondes transversales, longitudinales C) Célérité 1) Définition 2) Mesure de la vitesse de propagation le long d’une corde tendue. 3) Mesure de la vitesse du son dans l’air. D) Croisement de deux ondes E) Propriétés générales des ondes F) Comparaison entre la propagation d ’une onde et le déplacement d ’un mobile.

Le mouvement d’un solide:

se décrit à l’aide d’une trajectoire, correspond à un transport de matière, est affecté par un choc avec un autre mobile, la vitesse diminue en cas de frottements.

La propagation d’une onde:

se fait à partir d’une source dans l’espace environnant sans direction unique privilégiée mais dans toutes les directions possibles, compte tenu des contraintes du milieu, ne correspond pas à un transport de matière, C’est l’amplitude de l’onde et non sa célérité qui diminue dans le cas d’un milieu absorbant.

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I) Exemples


III) Ondes progressives à une dimension A) Définition

Une onde progressive est dite à une dimension si elle se propage dans un milieu à une dimension.

Définition:

Exemples : une corde tendue de faible épaisseur, est un milieu à une dimension. La surface de l’eau est à deux dimensions. L’air, est un milieu à 3 dimensions.

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I) Exemples


III) Ondes progressives à une dimension A) Définition B) Notion de retard

L’état vibratoire de M2 est sensiblement le même (avec un léger amortissement) que celui de M1 mais décalé dans le temps. Ce décalage ou retard correspond à la durée nécessaire pour que la perturbation parcours la distance d.On note ce retard et on a :

V

D

Courbes

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I) Exemples



Généralisation:

V

'MM

La perturbation qui existe en un point M correspond à celle qui existait auparavant en un point M’ à l’instant t’ = t - avec:

étant le retard et V la célérité.

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I) Exemples



FIN

Simulation


Distance entre les deux micros: D=0,50 mSimulation


Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES

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