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Chapitre P1 : Ondes Mécaniques
I] Notions d’ondes mécaniques :
1) Généralités :
Exemples : propagation d’une onde dans un ressort, propagation d’une onde à la surface d’un
liquide.
On remarque que la perturbation (ou déformation) du milieu matériel se propage dans toutes
les directions offertes par le milieu.
On appelle onde mécanique le phénomène de propagation (de proche en proche) d’une
perturbation dans un milieu matériel sans transport de matière.
Onde à la surface d’un liquide :
Onde dans un ressort :
On appelle onde transversale (respectivement longitudinale) une onde dont la direction de la
propagation est perpendiculaire (respectivement parallèle) à la direction dans laquelle
s’effectue la déformation.
2) Croisement de deux ondes :
3) Exemples :
Les ondes de compression dilatation dans un ressort sont des ondes longitudinales.
Les ondes qui se propagent à la surface d’un liquide sont des ondes transversales.
4) Célérité d’une onde :
Célérité : il s’agit de la vitesse à laquelle se propage la perturbation dans le milieu.
d
t 2  t1
La célérité de l’onde est le rapport entre la distance d parcourue par la perturbation sur la
durée t de propagation.
V
II] Autre exemples :
1) Ondes sonores :
Cloche à vide :
Lorsqu’on fait le vide sous la cloche, l’intensité du son émis par la source diminue très
sensiblement : les ondes sonores sont des ondes mécaniques, leurs propagations nécessitent un
milieu matériel, l’air.
Les ondes sonores sont des ondes longitudinales qu’elles soient unidimensionnelles ou
tridimensionnelles.
Les ondes ultrasonores sont de même nature que les ondes sonores, ce sont des ondes
mécaniques longitudinales. Elles sont beaucoup plus directives que les ondes sonores.
Interprétation microscopique :
L’onde sonore est une onde de compression-dilatation, des « tranches d’air » (les molécules
O 2 , N 2 oscillent ou vibrent et excitent leurs voisines, il y a propagation de la perturbation de
proche en proche). C’est le cas analogue aux ondes de compression-dilatation dans un ressort.
2) Ondes sismiques :
1)
Les ondes sismiques sont des ondes mécaniques car il y a propagation de déformations
dans la terre (milieu matériel).
2)
C’est l’élasticité du milieu qui permet la propagation des ondes.
3)
Les ondes P sont des ondes mécaniques longitudinales parce que la direction de
propagation est parallèle à la direction de déformation (schéma). Les ondes S et L sont
transversales puisque la direction de propagation est perpendiculaire à la direction de la
déformation. Les ondes de Rayleigh ne sont ni transversales, ni longitudinales.
4)
Les ondes sonores sont longitudinales donc elles sont analogues aux ondes P.
III] De quoi dépend la célérité d’une onde mécanique :
La célérité d’une onde mécanique dépend de l’élasticité et de l’inertie du milieu matériel dans
lequel elle se propage. Plus le milieu est élastique (moins il est rigide) plus la célérité sera
faible, plus le milieu a une grande inertie et plus la célérité de l’onde est faible.
Matériau Air Hélium Hydrogène Eau Glycérine Cuivre Brique Bois Acier Aluminium Granit
Célérité 340
970
1320
1500
2000
3600
3700 3800 5000
5100
6000
(en m/s)
On remarque que le son se propage de plus en plus rapidement lorsqu’on passe de l’air au
granite, c’est la rigidité de plus en plus grande de ces milieux qui permet d’expliquer ce
résultat.
La célérité dune onde dans un milieu matériel ne dépend que des propriétés du milieu mais
pas de la façon dont-elle a été créée.
IV] Notion de retard :
e
t 2  t1 
V
le retard de l’onde.
d

V
d
s’appelle le retard, c’est la durée nécessaire pour que la perturbation parvienne du
V
point M1 au point M 2 situé à une distance d de M1 (à la célérité V).
