Physique - TS - Chapitre n°1 - Ondes mécaniques progressives

Terminale S
Physique – Partie A – Chapitre 1 : Ondes mécaniques progressives
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Partie A
Propagation d’une onde ; ondes progressives
Chapitre 1 : Ondes mécaniques
progressives
1. Qu’est-ce qu’une onde mécanique ?
On appelle onde mécanique progressive le phénomène de propagation d’une perturbation
dans un milieu élastique, sans transport de matière, mais avec transport d’énergie.
Rem. 1 : une onde1 mécanique2 nécessite un milieu matériel pour se
propager (d’où le terme « mécanique »), car il y a déformation
du milieu au passage de l’onde.
Rem. 2 : un milieu est qualifié d’élastique s’il reprend sa forme initiale
une fois la perturbation passée.
Rem. 3 : le terme « progressive3 » indique que la transmission du
phénomène s’effectue de proche en proche 4. En effet chaque
point du milieu atteint par la perturbation exerce des actions
mécaniques sur les points voisins et les met à leur tour en mouvement.
2. Comment une onde mécanique se propage-t-elle ?
2.1. Cas des ondes transversales
Perturbation : modification
locale et temporaire des
propriétés d’un milieu.
 Cuve à ondes + bouchons
Onde transversale
 Ressort +corde + échelle Perroquet
Une onde mécanique progressive est dite transversale si le déplacement
des points du milieu de propagation atteints par la perturbation est
perpendiculaire à la direction de propagation de l’onde.
2.2. Cas des ondes longitudinales
 Ressort
Une onde mécanique progressive est dite longitudinale si le déplacement
des points du milieu de propagation atteints par la perturbation est
parallèle à la direction de propagation de l’onde : la perturbation
s’accompagne alors de compression et de dilatation du milieu.
2.3. Les directions de propagation
Onde
longitudinale
 Cas des ondes sonores
Une onde progressive se propage, à partir de la source, dans toutes les directions qui lui sont offertes.
Rem. : l’onde est à 1 dimension si elle ne se propage que dans 1 seule direction de l’espace (onde sur une corde ou un ressort).
L’onde est à 2 dimensions si la propagation s’effectue sur une surface (rides circulaires à la surface de l’eau).
L’onde est à 3 dimensions si la propagation s’effectue dans tout l’espace (onde sonore dans l’air).
2.4. Croisement de deux ondes progressives
 Exemple : conversation entre deux personnes
Lorsque deux ondes se croisent, elles continuent à se propager après leur rencontre sans se perturber.
L’onde 1 se déplace vers la droite et l’onde 2, vers la gauche
1
2
3
4
Site sur les ondes : http://www.e-scio.net/ondes/
Wikipedia sur les ondes mécaniques progressives : http://fr.wikipedia.org/wiki/Onde_mécanique
Animation (version démonstration) sur edumedia : http://www.edumedia-sciences.com/a249_l1-onde-progressive.html
Simulation sur les ondes : http://www4b.ac-lille.fr/~physiquechimie/lycee/termS/npts/physique/physique1/Propagation/index.htm
Autre simulation sur les ondes : http://perso.orange.fr/gilbert.gastebois/java/ondes/ondes.htm
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Physique – Partie A – Chapitre 1 : Ondes mécaniques progressives
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Après croisement, l’onde 1 poursuit son
déplacement vers la droite et l’onde 2, vers la gauche.
Lors de leur rencontre, les amplitudes des deux ondes s’ajoutent.
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3. La célérité : vitesse de propagation d’une onde
L’onde parcourt une distance d = MM’ pendant une durée t = .
Lorsque la perturbation se propage sans modification, le point M’ subit la même perturbation que le point M avec un
MM’
retard . On appelle célérité de l’onde la quantité v =
.

Rem. 1 : on parle de vitesse pour le déplacement de matière et de célérité pour le déplacement d’une onde (énergie).
Rem. 2 : lors du déplacement de M à M’, la perturbation parvient en M’ avec un retard  par rapport à son passage
MM’
au point M :  =
.
v
4. La propagation du son
4.1. Qu’est-ce que le son ?
 Cloche sous vide + réveil
Le son est une onde mécanique progressive : sa propagation nécessite un milieu matériel (gaz, liquides ou solides).
Le son se propage par compressions-dilatations 6 du milieu : il s’agit d’une onde longitudinale.
4.2. De quoi dépend la célérité du son ?
Milieu
v (m.s–1)
 exemple : indien écoute rail
air (à 0°C)
air (à
20°C)
dioxygène
dioxyde de
carbone
eau
glace
fer
331
343
327
291
1500
3200
6000
gaz
liquide
croûte
terrestre
5000 à
9000
solide
La célérité du son, et plus généralement d’une onde mécanique, dépend des caractéristiques du milieu de
propagation (température, rigidité, densité, etc.). La vitesse du son augmente en passant du gaz au liquide puis au
solide.
http://www.cea.fr/var/cea/storage/static/fr/jeunes/animation/aLaLoupe/tsunami/tsunami.htm
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Animation : superposition d’onde : http://hypo.ge.ch/www/physic/simulations/ondes/ondes_superposition.html
Animation – propagation d’une onde sonore plane : http://www.ostralo.net/3_animations/swf/onde_sonore_plane.swf
La vitesse du son – Wikipedia : http://fr.wikipedia.org/wiki/Vitesse_du_son
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