Fiche de révision : Ondes mécaniques progressives

📋 Plan du Cours

1. Définition des ondes mécaniques
2. Milieux et grandeurs en variation
3. Propagation et célérité
4. Influence du milieu de propagation
5. Périodicité temporelle
6. Longueur d’onde et représentation

📖 1. Définition des ondes mécaniques

🔑 Notions clés & Définitions

• Onde mécanique progressive : Propagation d’une perturbation dans un milieu matériel, avec transport d’énergie mais sans déplacement de matière.

📝 Points essentiels

• Les exemples d’ondes mécaniques comprennent:
  • les ondes le long d’une corde ou d’un ressort
  • les vagues à la surface de l’eau
  • les ondes sonores
  • les ondes sismiques

📌 Lorsqu’une vague soulève un bateau puis le ramène à sa position d’équilibre, l’eau ne se déplace pas avec la vague et le bateau n’avance pas.

💡 Astuce mémo

Onde mécanique : énergie transmise, matière non transportée ; lumière : propagation possible dans le vide

📖 2. Milieux et grandeurs en variation

📝 Points essentiels

• Pour une onde le long d’une corde, le milieu de propagation est la corde et la grandeur physique variable est la hauteur atteinte par un point de la corde par rapport à sa position d’équilibre.

• Pour une onde sonore dans l’air, le milieu de propagation est l’air et la grandeur physique variable est la pression de l’air par rapport à la pression atmosphérique.

• Pour une onde sonore, la vibration de la membrane du haut-parleur met les molécules de l’air en vibration de proche en proche, en produisant des zones de compression et de dilatation.

💡 Astuce mémo

Une perturbation se transmet de proche en proche dans la corde, l’eau ou l’air

📖 3. Propagation et célérité

🔑 Notions clés & Définitions

• Retard : Durée séparant l’arrivée d’une perturbation au premier point et son arrivée au second point, soit $\tau = t_2-t_1$.

★ À maîtriser

📐 Formule — La célérité d’une onde vérifie $v=\frac{d}{\Delta t}$, où d est la distance parcourue en mètres et Δt la durée du trajet en secondes.

📐 Formule — La distance parcourue par une onde vérifie $d=v\times\Delta t$ et la durée de propagation vérifie $\Delta t=\frac{d}{v}$.

Compléments

• Pour une distance de 6,0 cm parcourue en 0,94 s, la célérité de l’onde sur la corde vaut environ 0,064 m·s⁻¹, soit 6,4 × 10⁻² m·s⁻¹.

💡 Astuce mémo

Perturbation émise → propagation de proche en proche → retard mesuré entre deux points

📖 4. Influence du milieu de propagation

★ À maîtriser

• Avec deux microphones séparés de 1,0 m et un retard de 2,88 ms, la célérité du son dans l’air vaut environ 347 m·s⁻¹.

• La célérité du son est d’environ 345 m·s⁻¹ dans l’air à 25 °C, 1500 m·s⁻¹ dans l’eau et 5000 m·s⁻¹ dans l’acier.

📌 La célérité du son dépend du milieu de propagation et le son se propage le plus rapidement dans les solides parmi les milieux cités.

Compléments

• Pour une distance de 690 m et une célérité de 345 m·s⁻¹, le retard de réception du son est de 2 s.

💡 Astuce mémo

La célérité augmente de l’air à l’eau puis à l’acier

📖 5. Périodicité temporelle

🔑 Notions clés & Définitions

• Onde périodique : Lorsque la perturbation se répète de manière identique à intervalles de temps réguliers.
• Période temporelle : La plus petite durée au bout de laquelle la perturbation se reproduit de manière identique en un point.
• Amplitude : L’élongation maximale atteinte par rapport à l’état d’équilibre.

📝 Points essentiels

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

💡 Astuce mémo

Répétition → période T → fréquence f

📖 6. Longueur d’onde et représentation

🔑 Notions clés & Définitions

• Longueur d’onde : La plus grande distance séparant deux points qui vibrent en phase.

★ À maîtriser

📐 Formule — La célérité d’une onde périodique vérifie $v=\frac{\lambda}{T}=\lambda f$.

Compléments

• Dans un exemple graphique, une période de 20 s et une longueur d’onde de 150 m donnent une célérité de 7,5 m·s⁻¹.

📐 Formule — Une onde sinusoïdale peut être représentée temporellement par $y(t)=A\cos\left(\frac{2\pi}{T}t\right)$ et spatialement par $y(x)=A\cos\left(\frac{2\pi}{\lambda}x\right)$.

💡 Astuce mémo

Graphique temporel : T ; graphique spatial : λ

📊 Tableaux de synthèse

Grandeurs caractéristiques d’une onde périodique