Ondes à la surface de l'eau et ondes sonores - Cours de physique

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 :
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 xM 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 d1= v.t1
yM(x)= a sin (−𝟐𝛑
𝐱 + 𝟐𝛑 𝐓 𝐭𝟏+ 𝛗𝐬 ) si -d1 ≤ x ≤ d1
yM(x)=0 si x<-d1 et xd1
on procède de la même façon que la corde mais xM peut être positif ou négatif.
b- Onde rectiligne :
on procède de la même façon que la corde et que la nappe d’eau.
x’ s M x

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 (C2) de fréquence N,
mais avec une amplitude et de décalage horaire par rapport à (C1), 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 (C1)
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.