Les ondes Ondes mécaniques progressives _ Une onde mécanique progressive est le phénomène de propagation d’une perturbation dans un milieu sans transport de matière mais avec transport d’énergie. _ Une onde est transversale si la direction de propagation de l’onde est perpendiculaire à la direction de la perturbation. _ Une onde est longitudinale si la direction de propagation de l’onde est parallèle à la direction de la perturbation. Deux ondes peuvent se croiser sans se perturber. Une onde se propage à partir de la source dans toutes les directions qui lui sont possibles. La célérité v d’une onde est le rapport entre la distance d parcourue par l’onde pendant la durée ∆t : d v= en m.s-1 (vson = 340 m.s-1). Δt Le retard τ correspond au rapport de la distance entre 2 points M et M’ par la célérité de l’onde : MM ' τ= en s. v Ondes mécaniques progressives périodiques La période temporelle T de l’onde est la durée au bout de laquelle un point du milieu de propagation se retrouve dans le même état. Sa fréquence f est telle que : 1 f = en Hertz (Hz, nombre d’oscillations par seconde). T La longueur d’onde correspond à une périodicité spatiale de l’onde, telle que : λ = v × T en m (pour une onde sinusoïdale λ = T). Lorsque la fréquence augmente, la longueur d’onde diminue puisque : v λ= . f Le phénomène de dispersion s’observe dans les milieux ou la célérité de l’onde dépend de sa fréquence. Pour les ondes lumineuses, il y a séparation des couleurs. Le phénomène de diffraction est la modification de la forme de l’onde lorsqu’elle passe par une fente ou un obstacle de petite taille (onde devient + ou – circulaire). L’onde diffractée a la même longueur d’onde et la même fréquence que l’onde incidente. Plus la largeur de la fente est proche de l’ordre de grandeur de la longueur d’onde, plus le phénomène est important. La lumière : modèle ondulatoire Spectre de la lumière blanche (grâce à un prisme) : Chaque composante de la lumière blanche est différemment déviée par le prisme. On peut interpréter ce phénomène en sachant que la déviation d’un rayon lumineux qui change de milieu est telle que : n1 × sin î = n2 × sin r où n est l’indice de réfraction du milieu tel que : c n = avec c vitesse de la lumière dans le vide et v vitesse dans le milieu. v La déviation d’un rayon dépend donc de sa fréquence, visuellement de sa couleur. Diffraction d’un faisceau lumineux : a θ première extinction tache centrale de diffraction L’écart angulaire est l’angle θ formé entre le milieu de la tache centrale et la première extinction : θ = en radian (rad), a et λ en m. a Les ondes lumineuses sont des ondes électromagnétiques, elles peuvent donc voyager dans le vide contrairement aux autres ondes. La célérité de la lumière est une vitesse limite, c’est une constante universelle fixée à : c = 2,998.108 m.s-1 (299 792 458 m.s-1). Une radiation lumineuse est caractérisée par sa longueur d’onde dans le vide λ : λ = c × T en m, T en s, c en m.s-1, c λ = avec ν fréquence en Hz. ultraviolets < 400nm ≤ radiations visibles ≤ 800nm < infrarouges Une lumière monochromatique est constituée d’une radiation de longueur d’onde déterminée. Une lumière polychromatique est constituée de plusieurs radiations de longueurs d’onde différentes. L’indice de réfraction (n) d’un milieu transparent, autre que l’air dépend de la fréquence de la radiation lumineuse qui le traverse.