TS Physique Synthèse Ondes λ Tv. =

TS Physique Synthèse Ondes
1. Les ondes mécaniques progressives (O.M.P.)
• Définition : On appelle onde mécanique progressive (O.M.P.) le phénomène de propagation d’une
perturbation dans un milieu sans transport de matière.
• Définition : On appelle onde « transversale » une onde dont la perturbation est perpendiculaire à la direction
de propagation (exemples : onde élastique le long d’une corde, onde de torsion de l’échelle de perroquet,..)
• Définition : On appelle onde « longitudinale » une onde dont la perturbation est dans la même direction que
la direction de propagation (exemples : onde sonore, onde lumineuse,..)
Propriétés :
• Il y a transport d ‘énergie sans transport de matière.
• Collision de 2 ondes : 2 ondes peuvent se croiser en un point. Au point de rencontre, la perturbation est la
somme géométrique des 2 perturbations. (Ensuite, les ondes continuent à se propager sans avoir été
affectées par leur rencontre)
2. Les ondes mécaniques progressives périodiques (O.M.P.P)
• Définition : Une OMPP est une onde mécanique progressive se répétant indéfiniment (à intervalle de temps
réguliers, T)
Propriété : Une OMPP possède une « double périodicité »
o Une périodicité temporelle caractérisée par sa période T (en s) ou sa fréquence f (en Hz) avec :
T
1
f=
o Une périodicité spatiale caractérisée par sa longueur d’onde (en m)
Avec dans le cas d’une OMPP sinusoïdale :
T.v
=
λ
équation aux dimensions :
[
]
[
]
[
]
Tv.= λ cad s
s
m
m.=
• Définition : Un milieu de propagation est dit « dispersif », si la vitesse de propagation d’une onde dépend de
sa fréquence.
3. Diffraction
• Une ouverture ou un obstacle modifie la direction de propagation d’une onde de surface, on parle de
diffraction (au passage de l’ouverture, l’onde perd sa directivité et se propage en un large faisceau) .
Propriétés :
• Le phénomène de diffraction est spécifique aux ondes
• Plus l’ouverture ou l’obstacle est « petit » plus le phénomène de diffraction est important
4. La lumière
• la lumière est a la fois onde et corpuscule, dualité indispensable si l’on veut expliquer tous les phénomènes
expérimentaux, comme par exemple la diffraction de la lumière
figure de diffraction

On montre que (cf. tp) aD..2
X
λ
= Or ( ) θθ ≈= D.2X
tan (hyp. des petits angles Attention : en rad !!!)
Donc a
λ
θ ≈ où θ est l’écart angulaire du faisceau (en rad)
• La célérité de l’onde lumineuse dans le vide est une constante universelle. c = 299 792 458 m/s (valeur
exacte) = 3.108 m/s
• Dans un milieu de propagation transparent (non absorbant : qui laisse passer la lumière), la vitesse est plus
petite que c. On appelle n, indice de réfraction le rapport :
v
c
n= n sans unité, c et v en m/s
• La différence de propagation de la lumière dans différents milieux est à l’origine du phénomène de réfraction.
Lois de la réfraction (Descartes1596 – 1650 : philosophe, mathématicien, physicien français)
1ère loi de Descartes : Le rayon incident et le rayon réfracté sont situés dans un plan d’incidence
2ème loi de Descartes : L’angle d’incidence i1 et l’angle réfracté i2 sont reliés par la relation :
(
)
(
)
2211 isin.nisin.n =
• L’onde lumineuse est une progressive périodique, donc est caractérisée par sa double périodicité…
f
v
T.v ==
λ
m = m/s . s = m/s / Hz
Une onde (lumineuse, sonore, eom,…) est composée soit :
- d’une radiation, elle est monochromatique
- d’un ensemble de radiation, elle est polychromatique
• la fréquence d’une radiation monochromatique ne change pas lorsqu’elle passe d’un milieu transparent à un
autre.
Complément
Donc, pour une fréquence f donnée, la longueur d’onde n
λ dans un milieu d’indice n est égale à
nc
v
f
c
f
v
n0
.
λ
λ === où 0 λ est la longueur d’onde dans le vide.
Autrement dit : dans le vide une radiation de fréquence f se propage à la vitesse c et possède donc une longueur
d’onde f
c
0=
λ . Dans un milieu d’indice n , la même radiation f se propage à la vitesse v et possède donc une
longueur d’onde
f
f
v0
n
λ
λ
==
NB. En fait l’œil est sensible aux fréquences des radiations (à l’énergie h.f de la radiation)… Donc une couleur
possède toujours la même fréquence f, quelque soit le milieu de propagation, mais ne possède pas la même
longueur d’onde suivant le milieu. Donc, le « spectre visible : 400 – 800 nm » correspond à celui perçue par l’œil
dans l’air/vide
Dans l’eau (n=1,333) le même spectre s’étend de 300 à 600 nm
NBB 400 - 800 nm = 750 - 375 Thz (Thz = 1012 Hz)
• En général, les milieux de propagation sont « dispersifs » : v (donc n) dépend de la fréquence de l’onde
lumineuse
Or si n=n(f), d’après loi de la réfraction :
(
)
(
)
2211 isin.nisin.n = on a donc i2=i2(f),
Exemples : dispersion de la lumière blanche par un prisme, arc en ciel,…
Applications : QCM extrait Polynésie 2004 et Nouvelle Calédonie 11-2005
Sujets et corrections complètes sur : http://labolycee.free.fr/P-A-Ondes.html