Fiche de révision : Phénomènes ondulatoires

📋 Plan du Cours

1. Intensité et niveau sonore
2. Diffraction des ondes
3. Interférences ondulatoires
4. Effet Doppler

📖 1. Intensité et niveau sonore

🔑 Notions clés & Définitions

• Intensité sonore : Énergie transportée par une onde sonore par unité de temps et de surface, exprimée en watt par mètre carré (W·m⁻²).

📝 Points essentiels

• Le seuil d’audibilité vaut $I_0=1{,}0\times10^{-12}\ \mathrm{W\cdot m^{-2}}$ et le seuil de douleur vaut $1\ \mathrm{W\cdot m^{-2}}$.

📐 Formule — Le niveau d’intensité sonore est donné par $L=10\log\left(\frac{I}{I_0}\right)$ et s’exprime en décibel (dB).

📌 L’atténuation géométrique diminue le niveau sonore lorsque la distance entre la source et le récepteur augmente, tandis que l’atténuation par absorption résulte de l’interposition d’un matériau entre eux.

💡 Astuce mémo

Intensité I en W·m⁻², niveau L en dB

📖 2. Diffraction des ondes

★ À maîtriser

📌 La diffraction d’une onde mécanique plane apparaît lorsqu’elle rencontre une ouverture dont la dimension est inférieure ou égale à sa longueur d’onde.

• Après une ouverture suffisamment fine, une onde plane s’étale dans une région plus vaste que l’ouverture et devient une onde circulaire.

📐 Formule — L’angle caractéristique de diffraction vérifie $\theta=\frac{\lambda}{a}$, où θ est exprimé en radians, λ est la longueur d’onde et a la dimension de l’ouverture.

Compléments

• La diffraction concerne les ondes mécaniques et lumineuses, notamment lorsqu’un faisceau laser traverse une fente fine et forme des taches lumineuses séparées par des zones d’obscurité.

📐 Formule — Dans l’approximation des petits angles, la mesure de la tache centrale et de la distance fente-écran permet de déterminer la dimension de l’ouverture avec $a=\frac{2\lambda D}{L}$.

💡 Astuce mémo

Ouverture fine → étalement de l’onde

📖 3. Interférences ondulatoires

★ À maîtriser

📌 Deux ondes interfèrent de manière observable lorsqu’elles ont la même longueur d’onde ou la même fréquence et qu’elles sont synchrones, c’est-à-dire que leur déphasage reste constant.

📌 Les interférences constructives se produisent lorsque les ondes sont en phase et que leurs amplitudes s’additionnent, tandis que les interférences destructives se produisent en opposition de phase et que leurs amplitudes s’annulent.

📐 Formule — Dans l’expérience des trous d’Young, l’interfrange, distance entre deux franges brillantes consécutives, vérifie $i=\frac{\lambda D}{e}$, où D est la distance entre les trous et l’écran et e l’écart entre les deux trous.

Compléments

• Les casques à réduction de bruit utilisent un microphone interne qui détecte les sons ambiants et produit un signal en opposition de phase pour les annihiler.

💡 Astuce mémo

En phase → renforcement ; en opposition → annulation

📖 4. Effet Doppler

🔑 Notions clés & Définitions

• Effet Doppler : Variation de la fréquence d’une onde perçue par un observateur lorsque la source est en mouvement par rapport à lui.

★ À maîtriser

• Lorsque la source sonore s’approche, la fréquence perçue est plus grande et le son paraît plus aigu ; lorsqu’elle s’éloigne, la fréquence perçue est plus faible et le son paraît plus grave.

📐 Formule — Pour une source qui s’approche à la vitesse v, la fréquence reçue vaut $f_R=f_e\frac{c}{c-v}$, tandis que pour une source qui s’éloigne elle vaut $f_R=f_e\frac{c}{c+v}$.

• En astronomie, lorsqu’une étoile s’éloigne de la Terre, ses longueurs d’onde deviennent supérieures à celles mesurées en laboratoire, ce qui produit un décalage vers le rouge appelé redshift.

Compléments

📐 Formule — Le décalage Doppler est la différence entre la fréquence reçue et la fréquence émise, soit $\Delta f=f_R-f_e$.

💡 Astuce mémo

Source qui approche → son plus aigu ; source qui s’éloigne → son plus grave

📊 Tableaux de synthèse

Diffraction et interférences