Chapitre 8 − Ondes mécaniques

1 Onde mécanique progressive

Une onde progressive est une perturbation d’une grandeur physique qui se propage de proche en proche dans l’espace et au cours du temps. Une onde transporte de l’énergie mais ne déplace globalement pas de matière.

Une onde est dite mécanique si elle a besoin d’un milieu matériel pour se propager.
exemples : ………………………………………………………………

Une onde est dite périodique si la perturbation se reproduit à l’identique à intervalles de temps réguliers.

onde transverse
− déplacement ⟂ à la perturbation
onde longitudinale
− déplacement ∥ à la perturbation

animation − notion de retard

Retard
Le retard d’une onde se propageant entre deux point A et B est la durée mise par l’onde pour parcourir la distance AB. Il est noté τ et s’exprime en secondes.

Ici \(τ = t_2 − t_1 \text{ avec } t_2 > t_1\)

notion de date et durée

Exemples d’ondes

La machine à onde de Shive

Les séismes

Une corde

attention ici c’est une onde stationnaire, pas progressive

Le son

La houle

Dans un ressort

Ballon sur un écran

Ola

Lumière, ondes radio, rayons X, rayons γ (ondes électromagnétiques)

Célérité d’une onde

La célérité d’une onde est sa vitesse de propagation. Elle se calcule avec la relation :

\[v = \frac{AB}{τ}\]

Avec :

  • AB : distance parcourue en m
  • τ : retard ou temps de propagation en s
  • v : célérité en m.s−1

2. Onde mécanique progressive périodique

a) double périodicité

Période (temporelle)

En un point donné du milieu de propagation, la plus petite durée séparant deux états vibratoires identiques est appelée période (temporelle). Elle est notée T et se mesure en secondes.

Longueur d’onde (ou période spatiale)

La longueur d’onde (ou période spatiale) est la plus petite distance à partir de laquelle la forme de l’onde se répète. Elle est notée λ et se mesure en mètres. Elle dépend du milieu de propagation.

On peut représenter une onde de deux manières :

Fréquence d’une onde

La fréquence f d’une onde périodique correspond au nombre de fois ou la perturbation se répète à l’identique par seconde. Elle s’exprime en Hertz (Hz) et on la calcule avec :

\[f = \frac{1}{T}\]

avec T : période temporelle en s

b) Relation période spatiale et période temporelle

\[λ = c×T\]

avec :

  • λ la longueur d’onde en m ;
  • c la célérité de la lumière dans le vide : \(3·10^{8}\text{ m/s}\) ;
  • T la période de l’onde en s.

c) Onde progressive sinusoïdale

Quand la perturbation créée par la source est sinusoïdale, l’onde est qualifiée d’onde progressive sinusoïdale.

Son amplitude vaut :

\[A(t) = A×\sin(\frac{2\pi×t}{T} + φ)\]

\[A(x) = A×\sin(\frac{2\pi×x}{λ} + φ')\]

avec :

anim onde sin

expliquer que l’amplitude est une fonction à deux variables. Pour l’étudier on en fixe une.

On peut déterminer φ et φ’ en observant la valeur de la déformation pour une date connue (souvent t = 0 s).