Activité

TS Activité de physique
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ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES PERIODIQUES A
LA SURFACE DE L’EAU
a) Observation en éclairage continu :
On observe à la surface d’une cuve à onde les perturbations crées par un vibreur.
 Qu’observe-t-on à la surface de l’eau ? Qualifier le phénomène.
 Quelle différence peut on faire avec l’onde créée par la chute d’une seule goutte d’eau ?
 En tout point de l’écran, les ondes se succèdent périodiquement. Quelle est la période des
rides formées en un point M ?
 Conclure.
b) Observation en éclairage stroboscopique :
On dispose d’un éclairage stroboscopique : un stroboscope est une source de lumière qui envoie de
brefs éclairs à intervalles de temps réguliers.
Si le stroboscope n’éclaire la surface de l’eau qu’aux dates telles que t = n.T, que voit-on ? Faire des
hypothèses et vérifier en branchant l’éclairage stroboscopique. Quelle est la périodicité ainsi mise en
évidence ? c) Relation entre la longueur d’onde et la période.
 Prenons l’exemple du bouchon d’un pécheur, atteint par une vaguelette : il est au sommet de
la crête n°1 (rouge), au temps t = 0.
Au temps t = T, il est de nouveau au sommet d’une crête, mais de la crête n° 2 (verte).
Instant t = 0 Instant t = T Instant t = 3T/2
 Qu’a fait la crête n°1 (rouge) pendant ce temps ? En déduire une relation entre , v et T.
 Que dire des points M et N ?
 Qu’a fait la crête entre l’instant T et l’instant 3T/2 ? Retrouver la relation entre , v et T.
 Détermination expérimentale de la célérité d’une ondes progressives périodiques.
T = 33 ms (30 Hz), T = 16,7 ms (60 Hz), T = 7,7 ms (130 Hz)
 Sachant que la pièce mesure 23 mm, calculer le rapport / T dans chaque cas. Conclure.
M’
M
M
N
M
N

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ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES PERIODIQUES A
LA SURFACE DE L’EAU
CORRECTION
a) Observation en éclairage continu :
On observe à la surface d’une cuve à onde les perturbations crées par un vibreur.
 Qu’observe-t-on à la surface de l’eau ? Qualifier le phénomène.
Des rides concentriques qui se propagent comme celles observées avec une goutte d’eau. Il s’agit
donc d’une onde progressive.
 Quelle différence peut-on faire avec l’onde créée par la chute d’une seule goutte d’eau ?
De nouvelles rides se forment périodiquement grâce au vibreur.
 En tout point de l’écran, les ondes se succèdent périodiquement. Quelle est la période des
rides formées en un point M ?
Celle du vibreur.
 Conclure.
L’onde créée est une onde mécanique progressive périodique. La période temporelle de l’onde
(T) est la durée la plus courte au bout de laquelle un point du milieu se retrouve dans le même
état. La fréquence est telle que
T
1
, elle s’exprime en Hertz (= s-1)
b) Observation en éclairage stroboscopique :
On dispose d’un éclairage stroboscopique : un stroboscope est une source de lumière qui envoie de
brefs éclairs à intervalles de temps réguliers.
Si le stroboscope n’éclaire la surface de l’eau qu’aux dates telles que t = n.T, que voit-on ? Faire des
hypothèses et vérifier en branchant l’éclairage stroboscopique. Quelle est la périodicité ainsi mise en
évidence ?
Chaque point de la cuve semble immobile. Ce qui signifie que les rides sont équidistantes.
Il y a donc une périodicité spatiale en plus de la temporelle. Cette périodicité est caractérisée par la
distance qui sépare deux ride à tout instant : c’est la longueur d’onde ( )
c) Relation entre la longueur d’onde et la période.
 Prenons l’exemple du bouchon d’un pécheur, atteint par une vaguelette : il est au sommet de
la crête n°1 (rouge), au temps t = 0.
Au temps t = T, il est de nouveau au sommet d’une crête, mais de la crête n° 2 (verte).
Instant t = 0 Instant t = T Instant t = 3T/2
 Qu’a fait la crête n°1 (rouge) pendant ce temps ? En déduire une relation entre , v et T.
Elle a progressé à la célérité v et a atteint le point M’ distant de . Donc
Tv.
M’
M
M
N
M
N

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 Que dire des points M et N ?
Ces points ne sont jamais dans la même situation, ils sont déphasés (ici en opposition de phase)
 Qu’a fait la crête entre l’instant T et l’instant 3T/2 ? Retrouver la relation entre , v et T.
L’onde a progressé d’une distance à la célérité v. Donc
 T
T
v2
3
.
2
, soit
Tv.
 Détermination expérimentale de la célérité d’une ondes progressives périodiques.
T = 33 ms (30 Hz), T = 16,7 ms (60 Hz), T = 7,7 ms (130 Hz)
 Sachant que la pièce mesure 23 mm, calculer le rapport / T dans chaque cas. Conclure.
Réponses : 0,22 / 0,26 et 0,34 m/s
La célérité augmente avec la fréquence. On dit que l’eau est un milieu dispersif.
Déf : milieu dispersif : milieu dans lequel la vitesse de propagation d’une onde varie avec la
fréquence de l’onde.
Remarque : Une onde peut donc être caractérisée par sa fréquence mais pas par sa longueur d’onde
car celle ci dépend de la vitesse qui dépend elle-même du milieu de propagation.