Phys 3 : Vibrations et Ondes Mécaniques

Leçon 1 : Présentation du cours

Professeur Taha Houssine ZERGUINI, Faculté de Physique, USTHB

• Ce cours s’adresse aux étudiants de : deuxième année licence, SM et ST

• Deux Séances de cours et un TD de 1h30 par semaine (coefficient de 3, 5 crédits), pour 12 semaines.

• Total de 24 enregistrements vidéos correspondant chacun à une séance de cours.

• Les intitulés de ces 24 leçons et des 12 séances de TD sont dans les notes de cours.

Informations Générales

Objectifs du cours•Donner des notions basées sur le calcul sur les vibrations et les ondes mécaniques.

•Etudier les phénomènes vibratoires à un degré de liberté et les oscillateurs harmoniques couplés.

•Etudier les ondes qui se propagent sur les cordes et étudier les ondes sonores.

•Les ondes électromagnétiques qui jouent un rôle de premier plan dans la plupart de technologies de télécommunication ne font pas partie de ce cours.

Connaissances requises (1)

Connaissances requises (2)

Connaissances requises (3)

Connaissances requises (4)

Connaissances requises (5)• En maths 2 :

– Equation différentielle des vibrations :

– Equation d’onde :

• En phys 1 : Mouvement harmonique d’un pendule ou d’un ensemble masse ressort :

• En phys 2 : la notion complexe dans le chapitre sur les courants alternatifs :

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0t

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1

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2

22

2

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siniAcosAAex i

Chap.1 : Notions élémentaires sur les vibrations (4 séances)

Chap.2 : Systèmes linéaires à un degré de liberté (4 séances)

Chap.3 : Oscillateurs harmoniques couplés (4 séances)

Chap.4 : Généralités sur les ondes et vibrations transversales d’une corde (6 séances)

Chap.5 : Ondes sonores dans les fluides (6 séances)

Le Programme

• Définition : tout mouvement qui se répète après un intervalle de temps est appelé vibration ou oscillation.

• Exemples :

– Mouvements oscillatoires des activités humaines

– Mouvements vibratoires autour de nous

– Le vent

– Mouvements des électrons, des planètes

– Le son, l’être humain entend des fréquences allant de 20 Hz à 20 kHz

– Les vibrations dans l’industrie.

Généralités sur les vibrations

• Définition : tout mouvement qui se répète après un intervalle de temps est appelé vibration ou oscillation.

• Exemples :

– Mouvements oscillatoires des activités humaines

– Mouvements vibratoires autour de nous

– Le vent

– Mouvements des électrons, des planètes

– Le son, l’être humain entend des fréquences allant de 20 Hz à 20 kHz

– Les vibrations dans l’industrie.

Généralités sur les vibrations

• Définition : tout mouvement qui se répète après un intervalle de temps est appelé vibration ou oscillation.

• Exemples :

– Mouvements oscillatoires des activités humaines

– Mouvements vibratoires autour de nous

– Le vent

– Mouvements des électrons, des planètes

– Le son, l’être humain entend des fréquences allant de 20 Hz à 20 kHz

– Les vibrations dans l’industrie.

Généralités sur les vibrations

• Définition : tout mouvement qui se répète après un intervalle de temps est appelé vibration ou oscillation.

• Exemples :

– Mouvements oscillatoires des activités humaines

– Mouvements vibratoires autour de nous

– Le vent

– Mouvements des électrons, des planètes

– Le son, l’être humain entend des fréquences allant de 20 Hz à 20 kHz

– Les vibrations dans l’industrie.

Généralités sur les vibrations

Exemple du pendule simple

20

20

maxp

gtan

02

0

0

00

sm2

1E

cos1mgE

sinmgF

tcossa

tsinsv

tcosss

s

Exemple du pendule simple

Animation montrant le Ressort « loi de Hooke »

Autres définitions sur les vibrations

• Degrés de liberté : c’est le nombre minimum de coordonnées indépendantes nécessaires pour décrire un système

• Oscillations libres : le système est livrée à lui-même.

• Oscillations amorties : le système est ralenti par ses frottements

• Oscillations forcées : le système est soumis à une force extérieur

• Résonance : la fréquence de la force extérieure coïncide avec les fréquences naturelles du système.

Degrés de liberté

Système à un degrés de liberté

Système à deux degrés de liberté

Degrés de liberté (suite)

Système à trois et plusieurs degrés de liberté

Le laboratoire masses-ressorts

Laboratoire de pendules

Animation : le résonateur

Résonance de vibration de torsion, le pont « Narrows » de Tacoma

Résonance au sol d’un hélicoptère

Résonance produite par le son : Ella Fidgerald

Résonance produite par le son : Ella Fidgerald