Terminale S Physique – Partie A – Chapitre 1 : Ondes mécaniques progressives Page 1 sur 2 Partie A Propagation d’une onde ; ondes progressives Chapitre 1 : Ondes mécaniques progressives 1. Qu’est-ce qu’une onde mécanique ? On appelle onde mécanique progressive le phénomène de propagation d’une perturbation dans un milieu élastique, sans transport de matière, mais avec transport d’énergie. Rem. 1 : une onde1 mécanique2 nécessite un milieu matériel pour se propager (d’où le terme « mécanique »), car il y a déformation du milieu au passage de l’onde. Rem. 2 : un milieu est qualifié d’élastique s’il reprend sa forme initiale une fois la perturbation passée. Rem. 3 : le terme « progressive3 » indique que la transmission du phénomène s’effectue de proche en proche 4. En effet chaque point du milieu atteint par la perturbation exerce des actions mécaniques sur les points voisins et les met à leur tour en mouvement. 2. Comment une onde mécanique se propage-t-elle ? 2.1. Cas des ondes transversales Perturbation : modification locale et temporaire des propriétés d’un milieu. Cuve à ondes + bouchons Onde transversale Ressort +corde + échelle Perroquet Une onde mécanique progressive est dite transversale si le déplacement des points du milieu de propagation atteints par la perturbation est perpendiculaire à la direction de propagation de l’onde. 2.2. Cas des ondes longitudinales Ressort Une onde mécanique progressive est dite longitudinale si le déplacement des points du milieu de propagation atteints par la perturbation est parallèle à la direction de propagation de l’onde : la perturbation s’accompagne alors de compression et de dilatation du milieu. 2.3. Les directions de propagation Onde longitudinale Cas des ondes sonores Une onde progressive se propage, à partir de la source, dans toutes les directions qui lui sont offertes. Rem. : l’onde est à 1 dimension si elle ne se propage que dans 1 seule direction de l’espace (onde sur une corde ou un ressort). L’onde est à 2 dimensions si la propagation s’effectue sur une surface (rides circulaires à la surface de l’eau). L’onde est à 3 dimensions si la propagation s’effectue dans tout l’espace (onde sonore dans l’air). 2.4. Croisement de deux ondes progressives Exemple : conversation entre deux personnes Lorsque deux ondes se croisent, elles continuent à se propager après leur rencontre sans se perturber. L’onde 1 se déplace vers la droite et l’onde 2, vers la gauche 1 2 3 4 Site sur les ondes : http://www.e-scio.net/ondes/ Wikipedia sur les ondes mécaniques progressives : http://fr.wikipedia.org/wiki/Onde_mécanique Animation (version démonstration) sur edumedia : http://www.edumedia-sciences.com/a249_l1-onde-progressive.html Simulation sur les ondes : http://www4b.ac-lille.fr/~physiquechimie/lycee/termS/npts/physique/physique1/Propagation/index.htm Autre simulation sur les ondes : http://perso.orange.fr/gilbert.gastebois/java/ondes/ondes.htm Terminale S Physique – Partie A – Chapitre 1 : Ondes mécaniques progressives Page 2 sur 2 Après croisement, l’onde 1 poursuit son déplacement vers la droite et l’onde 2, vers la gauche. Lors de leur rencontre, les amplitudes des deux ondes s’ajoutent. 5 3. La célérité : vitesse de propagation d’une onde L’onde parcourt une distance d = MM’ pendant une durée t = . Lorsque la perturbation se propage sans modification, le point M’ subit la même perturbation que le point M avec un MM’ retard . On appelle célérité de l’onde la quantité v = . Rem. 1 : on parle de vitesse pour le déplacement de matière et de célérité pour le déplacement d’une onde (énergie). Rem. 2 : lors du déplacement de M à M’, la perturbation parvient en M’ avec un retard par rapport à son passage MM’ au point M : = . v 4. La propagation du son 4.1. Qu’est-ce que le son ? Cloche sous vide + réveil Le son est une onde mécanique progressive : sa propagation nécessite un milieu matériel (gaz, liquides ou solides). Le son se propage par compressions-dilatations 6 du milieu : il s’agit d’une onde longitudinale. 4.2. De quoi dépend la célérité du son ? Milieu v (m.s–1) exemple : indien écoute rail air (à 0°C) air (à 20°C) dioxygène dioxyde de carbone eau glace fer 331 343 327 291 1500 3200 6000 gaz liquide croûte terrestre 5000 à 9000 solide La célérité du son, et plus généralement d’une onde mécanique, dépend des caractéristiques du milieu de propagation (température, rigidité, densité, etc.). La vitesse du son augmente en passant du gaz au liquide puis au solide. http://www.cea.fr/var/cea/storage/static/fr/jeunes/animation/aLaLoupe/tsunami/tsunami.htm 5 6 7 Animation : superposition d’onde : http://hypo.ge.ch/www/physic/simulations/ondes/ondes_superposition.html Animation – propagation d’une onde sonore plane : http://www.ostralo.net/3_animations/swf/onde_sonore_plane.swf La vitesse du son – Wikipedia : http://fr.wikipedia.org/wiki/Vitesse_du_son 7