III- Onde à la surface de l’eau : Etude expérimentale : a- Onde circulaire : On dispose d’un vibreur muni d’une fourche à pointe unique et d’une cuve à ondes. Au repos, la pointe verticale affleure la surface libre de la nappe d’eau de la cuve en un point S. En mettant le vibreur en marche, la pointe impose au point S des vibrations verticales sinusoïdales de fréquence N. à la lumière ordinaire : On observe des rides circulaires sombres et claires qui se propagent à partir de la source en augmentant de rayon. à la lumière stroboscopique de période Te : * Pour Te=kT : la surface de l’eau paraît immobile. Elle est formée de rides circulaires concentriques, centrées au point S, immobiles alternativement claires (élongation minimale) appelés creux et sombre (élongation minimale) appelés crête. Sur l’écran en verre dépoli de la cuve à ondes, on observe une succession de cercles concentriques immobiles alternativement brillants (creux) et sombres (crêtes). * Pour Te < kT : les rides paraissent progresser lentement à la surface de l’eau, en s’approchant de la source. * Pour Te > kT : les rides paraissent progresser lentement à la surface de l’eau, en s’éloignant de la source. a- Onde rectiligne: On remplace la pointe par une réglette. Il se formera des rides rectilignes parallèles à la réglette. Ces rides se propagent perpendiculairement à la réglette. Etude théorique : a- Onde circulaire : x’ s M x ys(t)=asin(𝝎t+𝞅s) *D’après le principe de propagation, chaque point M de la nappe d’eau reproduit le même mouvement que (s) mais avec un retard Ѳ = 𝐱𝐌 𝐕 : L’équation horaire du mouvement de M est : yM(t)=0 si t < Ѳ yM(t)=ys(t-Ѳ)= a sin ( 𝟐𝛑 𝐓 𝐭− 𝟐𝛑 𝐱𝐌 + 𝛗𝐬 ) si t ≥ Ѳ on procède de la même façon que la corde mais x M peut être positif ou négatif. Aspect d’une coupe transversale passante par (s) à un instant t1 : (figure(a)). A l’instant t1 l’onde parcourt une distance yM(x)= a sin yM(x)=0 𝟐𝛑 (− 𝐱+ 𝟐𝛑 𝐓 d1= v.t1 𝐭 𝟏 + 𝛗𝐬 ) si -d1 ≤ x ≤ d1 si x<-d1 et xd1 on procède de la même façon que la corde mais x M peut être positif ou négatif. b- Onde rectiligne : on procède de la même façon que la corde et que la nappe d’eau. VI- Les ondes sonores : 1- Expérience et observation : A proximité d’un haut-parleur alimenté par un GBF, on place un microphone (M) très sensible. On relie les bornes du haut-parleur et du microphone respectivement aux voies YA et YB d’un oscilloscope bicourbe. Sur YA, on observe l’oscillogramme (C1) traduisant les vibrations sinusoïdales de la membrane du haut-parleur avec la fréquence N imposée par le GBF Sur YB, on observe une deuxième sinusoïde(C2) de même fréquence N traduisant les vibrations de la membrane du microphone résultent forcément du son émis par le haut-parleur. En approchant ou en éloignant le microphone par rapport au haut-parleur, suivant une direction bien déterminée, on observe toujours la sinusoïde (C 2) de fréquence N, mais avec une amplitude et de décalage horaire par rapport à (C 1), changent. Pour des positions bien déterminées on obtient deux courbes en phase. En déplaçant maintenant le microphone autour du haut-parleur dans toutes les directions tout en le maintenant à la même distance r de ce dernier, on constate que la sinusoïde (C2) reste identique à elle-même et stable par rapport à la sinusoïde (C 1) 2- Exploitation des résultats : Le son est de nature vibratoire. C’est une onde mécanique, appelée onde sonore et plus particulièrement acoustique lorsqu’elle est susceptible d’être perçue par l'oreille de l'homme. Sa longueur d’onde λ est la distance qui sépare deux positions successives du microphone pour lesquelles ces deux courbes sont en phase. la célérité v du son est v=λN L’onde sonore émise par une source ponctuelle (approximation du haut-parleur) est une onde progressive sphérique, mais qui s’atténue en s’éloignant de la source à cause de la dilution de l’énergie. 3-Applications: Exercices : 6 et 7 : page 216 Exercices : 13 et 14 pages 219 et 220.
