Documents de Physique-Chimie – M. MORIN

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Thème : Ondes et matière. Partie : Ondes et particules

Cours 8 : Les ondes dans la matière élèves

I. Manifestations des ondes mécaniques dans la matière.

1. Un exemple de propagation d’une onde mécanique : déplacement d’une perturbation dans un ressort. Expérience n°1 :

- On comprime quelques spires à l’extrémité d’un ressort à spires non jointives. - On observe le déplacement de la perturbation le long du ressort.

Expérience n°2 :

- On agite verticalement une extrémité d’un ressort à spires non jointives. - On observe le déplacement de la perturbation le long du ressort.

2. Définition d’une onde mécanique.

On appelle onde mécanique le phénomène de propagation d’une perturbation dans un milieu matériel élastique sans transport de matière, mais avec transport d’énergie.

3. Exemples de manifestations des ondes mécaniques dans la matière. 3.1. La houle.

3.1.1. Définition.

La houle est une onde mécanique provoquée par le vent et qui se propage à la surface de l’eau après interruption du vent.

3.1.2. Etude d’un document : BAC. (extrait Maroc 2006).

1. Le schéma ci-dessus représente la surface de l'eau affectée par la houle à un instant donné. Placer sur ce schéma les paramètres " hauteur " et " longueur".

2. A quelle grandeur spatiale, caractéristique d'un phénomène ondulatoire, est associé le terme "longueur " du texte d'introduction ? Quelle est sa définition ?

3. Quelle grandeur temporelle permet de caractériser une onde mécanique ? Quelle est sa définition ?

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3.2. Les ondes sismiques. 3.2.1. Définition.

Onde de choc provoquée par les mouvements brusques de la croûte terrestre et pouvant donner lieu à un tremblement de terre.

3.2.2. Etude d’un document. BAC. (Extrait Afrique 2003).

A1. Lors d'un séisme, la Terre est mise en mouvement par des ondes de différentes natures, qui occasionnent des secousses plus ou moins violentes et destructrices en surface.

On distingue:

- les ondes P, les plus rapides, se propageant dans les solides et les liquides. - les ondes S, moins rapides, ne se propageant que dans les solides.

Les ondes P, appelées aussi ondes de compression, sont des ondes longitudinales. Les ondes S, appelées aussi ondes de cisaillement, sont des ondes transversales.

1. Définir une onde transversale. 2. Indiquer le schéma correspondant à chaque type d'onde.

A.2. Un séisme s'est produit à San Francisco (Californie) en 1989.

Le document ci-dessous présente le sismogramme obtenu, lors de ce séisme à la station EUREKA Le sismogramme a été enregistré à Eureka, station sismique située au nord de la Californie. L'origine du repère (t = 0 s) a été choisie à la date du début du séisme à San Francisco. Le sismogramme présente deux trains d'ondes repérés par A et B.

1. À quel type d'onde (S ou P) correspond chaque train? Justifier votre réponse à l'aide du texte d'introduction. 2. Sachant que le début du séisme a été détecté à Eureka à 8 h 15 min 20 s TU (Temps Universel), déterminer l'heure TU

(h ; min ; s) à laquelle le séisme s'est déclenché à l'épicentre.

Sismogramme : Station EUREKA

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Pour aller plus loin. Les sismologues détaillent les ondes sismiques avec plus de précision. Attribuer à chaque image, le type d’ondes sismiques correspondantes.

Photos Sciences et Vie Junior

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II. Ondes progressives à une dimension.

4. Définition.

Une onde mécanique progressive à une dimension est une onde qui ne se propage que dans une seule direction.

5. Relation entre le retard, la distance et la célérité d’une onde.

6. Célérité d’une onde.

7. L’amplitude.

III. Ondes progressives périodiques, ondes sinusoïdales.

1. Définitions.

Une onde progressive mécanique périodique est la propagation d’une perturbation qui se répète identique à elle même à intervalles de temps égaux.

Une onde sinusoïdale est une onde progressive ayant une forme sinusoïdale aussi bien dans l'espace que dans le temps.

2. La double périodicité d’une onde progressive périodique sinusoïdale.

- La périodicité spatiale.

- La périodicité temporelle.

3. Relation entre la période, la fréquence et la longueur d’onde.

4. Evolution de l’élongation au cours du temps.

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