Observation: la compression des quelques spires se déplace de proche en proche jusqu'à l'autre extrémité et cette propagation s'effectue à vitesse constante

Interprétation: la propagation est due à un déplacement aller-retour de chaque spire de proche en proche à vitesse constante. Chaque spire revient à sa position initiale après le passage de la compression. Il n'y a pas de transport de matière puisque chaque spire revient à sa position initiale.

Les ondes mécaniques progressives

I. Activités (voir p. 20-21)

1. Propagation le long d'un ressort

On tend un long ressort entre 2 supports. On rapproche quelques spires d'une des deux extrémités du ressort, On relâche les spires.

Animations ressort

2. Ondes à la surface de l’eau2. Ondes à la surface de l’eau

Laissons tomber une goutte d'eau en un point O de la surface Laissons tomber une goutte d'eau en un point O de la surface de l'eau.de l'eau.

Animations goutte d’eau

Des rides circulaires prennent naissance. Des rides circulaires prennent naissance. Elles se propagent dans les deux dimensions du plan horizontal.Elles se propagent dans les deux dimensions du plan horizontal.

Comment se déplace la surface de l’eau au passage d’une onde ?Comment se déplace la surface de l’eau au passage d’une onde ?

Chaque point du milieu se soulève verticalement puis reprend sa Chaque point du milieu se soulève verticalement puis reprend sa place alors que les rides se déplacent horizontalement à la surface place alors que les rides se déplacent horizontalement à la surface de l'eau.de l'eau.

On attend que la surface de l’eau soit revenue au repos et on On attend que la surface de l’eau soit revenue au repos et on renouvelle l’expérience en disposant quelques grains de polystyrène renouvelle l’expérience en disposant quelques grains de polystyrène sur l’eau.sur l’eau.Si on produit à nouveau des ondes à la surface de l’eau, à votre Si on produit à nouveau des ondes à la surface de l’eau, à votre avis que va-t-il arriver aux billes de polystyrène ?avis que va-t-il arriver aux billes de polystyrène ?

les billes de polystyrène déposées à la surface de l'eau ne sont pas emportées horizontalement par la crête de l'onde mais effectuent un aller et retour quasi vertical au passage de chaque onde.

On observe qu'un grain de polystyrène se déplace verticalement au passage de la ride et revient à sa position initiale, donc n'est pas déplacé par rapport à la surface de l'eau.

Quelle est la forme d’une onde produite par une pierre qui ricoche sur l’eau ?

Représentez l’allure de l’onde obtenue…..

A votre avis !!!

ou

Résultat:

La forme circulaire d’une onde à la surface de l’eau et la position de son centre ne dépendent pas de la direction de l’impact et de la vitesse de la source.

Animations ricochets

II. Définitions

1. Définition d’une onde mécanique

On appelle onde mécanique le phénomène de propagation d'une perturbation dans un milieu matériel sans transport de matière.

2. Deux types d’ondes

a. Onde transversale

Une onde est transversale lorsque le déplacement des points du milieu de propagation s'effectue perpendiculairement à la direction de propagation.

Exemples :

- Les ondes à la surface de l’eau

- Propagation des ondes sur la corde

a. Onde longitudinale

Une onde est longitudinale lorsque le déplacement des points du milieu de propagation s'effectue dans la même direction que celle de la propagation.

Exemples :

- Le ressort

- Les ondes sonores

III. Définitions

1. Définition de la célérité

On appelle célérité v de l'onde la vitesse de propagation de l'onde. C'est le rapport de la distance d parcourue par l'onde par la durée Δt du parcours.   

t

dv

On préfère le mot célérité au mot vitesse auquel est associé la notion de déplacement de matière (vitesse d'une automobile, d'une particule etc...).

2. Influence du milieu

a. Influence de l’inertie du milieu

L’inertie d’un milieu ou d’un système représente la résistance que ce milieu ou ce système oppose lorsque l’on cherche à le mettre en mouvement.

Exemples :

Pour un solide en translation : l’inertie du solide est représenté par sa masse

L’inertie d’une corde est représenté par sa masse linéique.

La célérité d’une onde dans un milieu dépend de son inertie.

Plus l’inertie du milieu est grande et plus la célérité de l’onde se propageant dans ce milieu est faible.

Que représente l’inertie du milieu ?

b. Influence de la rigidité du milieu

La rigidité d’un milieu représente la résistance que ce milieu oppose lorsque l’on cherche à le déformer.

Exemples :

Dans le cas d’un ressort : la rigidité du ressort est caractérisé par sa constante de raideur du ressort (k).

La célérité d’une onde dans un milieu dépend de la rigidité du milieu dans lequel elle se propage.

Plus le milieu est rigide et plus grande est sa célérité.

Elle s’accroît au contraire lorsque l’élasticité du milieu diminue

Que représente la rigidité du milieu ?

3. Mesure de la célérité d’une onde (voir TP 2)

IV. Qu’est ce qu’une onde sonore ?

Lire les activités p. 23-24

Conclusions :

- Une onde sonore ne se propage que s’il y a un milieu matériel. Le son ne se propage pas dans le vide.

- En se propageant les ondes sonores créent de proche en proche des ondes longitudinales de compression-détente du milieu de propagation.

Animation ondes sonores

a. Couches d’air à l’équilibre

b. Un bruit est produit : une zone de compression est créée

c. La zone de compression se déplace, elle est suivie d’une dilatation

V. Propriétés générales des ondes mécaniques

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

1. Onde à une dimension

La propagation a lieu dans une seule direction (la corde)

2. Onde à deux dimensions

La propagation a lieu dans un plan

(onde engendrée à la surface de l’eau)

3. Onde à trois dimensions

La propagation a lieu dans l’espace.

4. Une onde réalise un transfert d’énergie sans transport de matière

Au passage de l’onde, le bateau s’élève d’une hauteur H et voit son énergie potentielle augmenter. Cette énergie lui a été fournie par l’onde mais le bateau est restée à la même abscisse.

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

A votre avis !!!

ou

Résultat:

Deux ondes peuvent se croiser en conservant après la rencontre leur caractéristiques (célérité – forme de l’onde – fréquence …)

On touche successivement la surface de l’eau en deux points différents

Animations rencontre ondes

5. Notion de retard

Une onde émise par une source S se propage sur une corde.

Elle atteint le point M à la date t et le point M’ à la date t’.

Donc le point M’ subit la même perturbation que le point M avec

un certain retard noté τ

v

MM '