Préparez votre terminale, les ondes mécaniques progressives

Les ondes mécaniques progressives

Expérience 1

On Secoue verticalement l’extrémité de la corde tendue horizontalement.

Observation :

Une déformation  se propage le long de la corde  dans la direction horizontale  .Chaque point M se soulève verticalement puis reprend sa position initiale.

Question : Qu’appelle-t- on cette déformation ou perturbation tout  le long de la corde ?

Réponse   C’est une onde mécanique  

Question :Pourquoi  qualifie-t-on  l’onde de  progressive ?

 Réponse    car la propagation de la perturbation s’effectue de proche en proche à partir de la source  dans un milieu élastique

Donc C’est une onde mécanique  progressive

Définition :

On dit qu’une onde mécanique  est  transversale :

Si  le déplacement des points du milieu de propagation s’effectue perpendiculaire à sa direction de propagation

Expérience 2:

 On comprime quelques spires du ressort tendu horizontalement puis on les libère.

Observation :

La perturbation se propage horizontalement le long du ressort, d’une extrémité à l’autre sans transport de matière.

Une spire du ressort se déplace parallèlement à l’axe du ressort avant de revenir à sa position d’équilibre. On dit que l’onde est longitudinale

Le milieu de propagation est unidimensionnel, la direction de propagation est l’axe du ressort.

Définition :

Une onde mécanique est longitudinale lorsque le déplacement des points du milieu de propagation s’effectue parallèlement à sa direction de propagation

Expérience 3

 On laisse tomber une pierre à la surface de l’eau

On observe des rides circulaires qui se propagent horizontalement dans les deux dimensions du plan horizontal. Chaque point  se soulève verticalement puis reprend sa place. On dit que l’onde est transversale.

L’Onde sonore

• Expérience 1 :

On Place une horloge sonnerie sous une cloche en verre. On  aspire l’air contenu dans la cloche  avec une pompe à vide.

Question : Le son émis par la sonnerie est-il audible lorsque la cloche en verre contient de l’air?

Réponse : Oui

Question : Le son émis par la sonnerie est-il audible lorsque la cloche en verre ne contient pas d’air?

Réponse : Non

On conclut que le son ne  se propage pas dans le vide.

La propagation du son nécessite un milieu matériel élastique et compressible. Le son se propage donc dans tous les corps liquides ou solides. En revanche, il ne se propage pas dans le vide.

Expérience 2 :

Que peut- on dire  de la balle après avoir frappé le diapason ? Conclure.

Quand on frappe le diapason, la balle se déplace horizontalement, cela montre  que la direction de perturbation et celle de propagation sont alignées,

Conclusion :

Le son est une onde mécanique progressive longitudinale, sa déformation est parallèle à la direction de propagation.

Il se propage dans les milieux matériels (solide et liquide et gaz)  grâce à une compression et une dilatation du milieu de propagation.

L’air est un milieu à trois dimensions donc  le son se propage dans toutes les directions de l’espace.

Exemple :

Haut parleur émet l’onde  sonore dans un  milieu élastique (phénomène compression et dilatation dans l’air ) 

Les propriétés générales d’une onde mécanique

1– Direction de propagation de l’onde :

• Dans un milieu à unidimensionnel :

une corde ou un ressort, la propagation est  unidirectionnelle

• Dans un milieu bidimensionnel:  (milieu plan) 

Comme l’eau , la propagation est  bidimensionnelle.

• Dans un milieu tridimensionnel

Le son dans l’air, la propagation est  dans toutes les directions de l’espace.

2– La superposition de deux ondes mécaniques

Deux ondes mécaniques (d’une perturbation très faible) se croisent sans se perturber, elles continuent à se propager en gardant la même forme et la même célérité).

Lors de leur rencontre, les amplitudes des deux ondes s’ajoutent.

 La vitesse de propagation d’une onde

1– Définition

On définit la vitesse de propagation d’une onde par la relation suivante :

v = d /Δt  

 d: la distance parcourue par l’onde sur la durée Δt.

                         avec v en m.s^-1 , d en m et Δt en s

2– Facteurs influençant la vitesse de propagation

La vitesse de propagation d’une onde dépend des caractéristiques du milieu (densité, rigidité…) mais pas de celles de la perturbation (amplitude).

L’amplitude de l’onde n’a pas d’effet sur la vitesse de propagation

Effet de la tension de la corde :

• Plus la tension est grande, plus la vitesse est grande.

• Plus la masse linéique de la corde µ  est grand plus la  vitesse est faible

3– Le retard  de l’onde lors de la propagation

Une onde émise depuis la  source S, se propage avec la célérité v le long d’une corde, elle atteint le point M à la date t et le point M’ à la date ultérieure t’.

On dit alors qu’il existe un retard τ = t’ – t    entre le temps d’arrivée t’ et le temps de départ  t tel que :

τ = t’ – t    ⇒    v = MM’ / τ     ⇒    τ = MM’ / v