Fiche de révision : Caractéristiques et perturbations des ondes

📋 Plan du Cours

1. Nature et classification des ondes
2. Période fréquence et longueur d’onde
3. Réfraction des ondes
4. Diffraction par les obstacles
5. Propagation et mesure du son
6. Son dans l’air et dans l’eau

📖 1. Nature et classification des ondes

🔑 Notions clés & Définitions

• Onde : Propagation d’un signal périodique, qui constitue une perturbation du milieu.

📝 Points essentiels

📌 Les ondes longitudinales ont une perturbation parallèle à leur direction de propagation, comme les compressions d’un ressort et les ondes sonores, tandis que les ondes transversales ont une perturbation perpendiculaire, comme les vagues et les ondulations d’une corde.

📌 Les ondes mécaniques nécessitent un milieu matériel, comme le son et les vagues, tandis que les ondes électromagnétiques et gravitationnelles peuvent se propager dans le vide.

💡 Astuce mémo

Onde mécanique : milieu matériel ; onde électromagnétique : propagation possible dans le vide.

📖 2. Période fréquence et longueur d’onde

🔑 Notions clés & Définitions

• Période temporelle : Durée séparant deux répétitions successives d’un phénomène ondulatoire et s’exprime en secondes.

★ À maîtriser

📐 Formule - La fréquence et la période sont liées par $f = \frac{1}{T}$ et $T = \frac{1}{f}$.

📐 Formule - La vitesse de propagation d’une onde vérifie $v = \frac{\lambda}{T}$, où v est en mètres par seconde, λ en mètres et T en secondes.

Compléments

• Pour une onde radio de fréquence 5,3 GHz, la longueur d’onde vaut environ $\lambda = \frac{3 \times 10^8}{5{,}3 \times 10^9} \approx 5{,}66 \times 10^{-2}\ \mathrm{m} \approx 5{,}66\ \mathrm{cm}$.

💡 Astuce mémo

Période T → fréquence f = 1/T → longueur d’onde λ → vitesse v = λ/T.

📖 3. Réfraction des ondes

🔑 Notions clés & Définitions

• Réfraction : Changement de direction d’une onde lorsqu’elle change de milieu de propagation, avec une modification de sa vitesse et de sa longueur d’onde.

★ À maîtriser

📌 Lors du passage des vagues vers une eau moins profonde, la longueur d’onde diminue et les vagues ralentissent, car la fréquence reste inchangée.

Compléments

📐 Formule - La réfraction lumineuse suit la relation de Snell-Descartes $n_1 \sin i = n_2 \sin r$, avec $n = \frac{c}{v}$.

• Dans un tsunami, la perte d’énergie cinétique s’accompagne d’un gain d’énergie potentielle tandis que l’énergie mécanique est conservée, ce qui contribue à l’élévation de la vague.

💡 Astuce mémo

Changement de milieu → changement de vitesse, de longueur d’onde et de direction.

📖 4. Diffraction par les obstacles

🔑 Notions clés & Définitions

• Diffraction : Modification de la direction et de la répartition d’une onde lorsqu’elle rencontre un obstacle ou traverse une ouverture.

★ À maîtriser

📌 Lorsqu’une onde traverse un trou de largeur a inférieure à sa longueur d’onde λ, les ondes diffractées deviennent circulaires.

Compléments

• Une onde peut être diffractée par le bord d’un obstacle, comme une digue de port, ce qui modifie sa direction de propagation.

💡 Astuce mémo

Bord : déviation ; trou étroit : ondes circulaires si a < λ.

📖 5. Propagation et mesure du son

★ À maîtriser

• La vitesse du son peut être mesurée avec deux microphones séparés d’une distance connue en mesurant le retard temporel entre les deux signaux enregistrés.

📐 Formule - À la pression atmosphérique standard, la vitesse du son est liée à la température absolue par $v = 20{,}05\sqrt{T}$, avec T en kelvins.

Compléments

• Avec deux microphones séparés de 50 cm et un retard de 25 divisions de 6 µs, la vitesse du son mesurée est d’environ 333 m/s.

• Pour une vitesse du son de 333 m/s, la relation donne une température d’environ 275,84 K, soit environ 2,84 °C.

💡 Astuce mémo

Source → propagation → microphones → mesure du retard et de la vitesse.

📖 6. Son dans l’air et dans l’eau

★ À maîtriser

• La vitesse du son dans l’air est d’environ 340 m/s, tandis que sa vitesse dans l’eau est d’environ 1 525 m/s.

• Ginette entend d’abord le son transmis par l’eau puis celui transmis par l’air, car le son se propage plus vite dans l’eau.

📐 Formule - Si les deux sons sont séparés de 1,0 s, la distance d est obtenue avec $\Delta t = \frac{v_{air}}{v_{eau}-v_{air}}$ puis $d = v_{eau}(\Delta t + 1)$, ce qui donne environ 438 m.

Compléments

• La vitesse du son dans l’eau varie avec la profondeur, et cette variation provoque la réfraction du son ainsi que sa diffusion dans l’eau.

• La célérité de la lumière dans le vide est d’environ 3 × 10^8 m/s.

💡 Astuce mémo

Le son se propage plus vite dans l’eau que dans l’air.

📊 Tableaux de synthèse

Classification des ondes