Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES

1. Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES Propagation d’ondes de déformation à la surface de l’eau. • I: Différents types d’ondes mécaniques progressives • Exemples

2. Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES • I: Différents types d’ondes mécaniques progressives • Exemples

3. Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES Propagation d’une onde de déformation le long d’un ressort. • I: Différents types d’ondes mécaniques progressives • Exemples Propagation d’une onde de déformation le long d’une corde

4. Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES Simulation de la propagation d’un tsunami. • I: Différents types d’ondes mécaniques progressives • Exemples

5. Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES • I: Différents types d’ondes mécaniques progressives • Exemples • Autres exemples: • Une hola dans un stade, • les ondes radio (télévision, radio, téléphonie mobile...), • les ondes ultrasonores (communication entre poissons, repérage de l’espace par les chauves-souris ...) • etc...

6. Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES • I: Différents types d’ondes mécaniques progressives • Exemples • Les questions que se posent le physicien: • Qu’est-ce qu’une onde ? • Comment décrire la propagation d’une onde; avec quel nouveau vocabulaire ? • Quels sont les paramètres qui influencent la propagation d’une onde ?

7. Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES Question: Que va faire le bateau au passage de l’onde ? • I: Différents types d’ondes mécaniques progressives • Exemples • Définition d’une OMP

8. Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES • I: Différents types d’ondes mécaniques progressives • Exemples • Définition d’une OMP Conclusion: • On appelle onde mécanique progressive, le phénomène de propagation d’une perturbation (ou déformation) dans un milieu matériel, sans transport de matière.

9. Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES Onde de déformation le long d’une corde. • I: Différents types d’ondes mécaniques progressives • Exemples • Définition d’une OMP • II: Comment une onde se propage-t-elle? • Ondes transversales, ondes longitudinales Le déplacement de la perturbation s’effectue perpendiculairement à la direction de propagation: C’est une onde transversale.

10. Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES • I: Différents types d’ondes mécaniques progressives • Exemples • Définition d’une OMP • II: Comment une onde se propage-t-elle? • Ondes transversales, ondes longitudinales Autre exemple d’ondes transversales. Onde de déformation à la surface de l ’eau:

11. Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES • I: Différents types d’ondes mécaniques progressives • Exemples • Définition d’une OMP • II: Comment une onde se propage-t-elle? • Ondes transversales, ondes longitudinales Onde de déformation (de compression) le long d’un ressort. Le déplacement de la perturbation s’effectue dans la même direction que celle de la propagation : C’est une onde longitudinale.

12. Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES • I: Différents types d’ondes mécaniques progressives • Exemples • Définition d’une OMP • II: Comment une onde se propage-t-elle? • Ondes transversales, ondes longitudinales • Exemple des ondes sonores Expérience de la bougie et du haut-parleur Observations: La flamme se met à bouger en suivant le mouvement de va et vient de l’air : Ceci illustre la nature longitudinale des ondes sonores.

13. Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES • I: Différents types d’ondes mécaniques progressives • Exemples • Définition d’une OMP • II: Comment une onde se propage-t-elle? • Ondes transversales, ondes longitudinales • Exemple des ondes sonores Conclusion: Une onde sonore résulte de la propagation d’une onde longitudinale de compression-dilatation dans un milieu, solide, liquide, ou gazeux. Simulation

14. Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES • I: Différents types d’ondes mécaniques progressives • Exemples • Définition d’une OMP • II: Comment une onde se propage-t-elle? • Ondes transversales, ondes longitudinales • Exemple des ondes sonores

15. Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES (m) (m.s-1) (s) • I: Différents types d’ondes mécaniques progressives • Exemples • Définition d’une OMP • II: Comment une onde se propage-t-elle? • Ondes transversales, ondes longitudinales • Exemple des ondes sonores • III: Célérité • Définition La célérité d’une onde est la vitesse de déplacement de la perturbation. Elle est égale au rapport de la distance d parcourue par l’onde sur la durée Dt nécessaire pour la parcourir .

16. Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES • I: Différents types d’ondes mécaniques progressives • Exemples • Définition d’une OMP • II: Comment une onde se propage-t-elle? • Ondes transversales, ondes longitudinales • Exemple des ondes sonores • III: Célérité • Définition • Mesure de la vitesse de propagation le long d’une corde tendue. Mesure de la célérité d’une onde de déformation transversale le long d’une corde tendue. Etude chronophotographique de vidéos: voir TP On utilise un logiciel de pointage pour suivre la propagation d’une perturbation le long d’une corde.

17. Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES Résultats: • I: Différents types d’ondes mécaniques progressives • Exemples • Définition d’une OMP • II: Comment une onde se propage-t-elle? • Ondes transversales, ondes longitudinales • Exemple des ondes sonores • III: Célérité • Définition • Mesure de la vitesse de propagation le long d’une corde tendue. 1- La distance X parcourue par l’onde varie linéairement par rapport au temps. La perturbation se propage donc à vitesse constante. 2-La célérité de l’onde dépend de la tension de la corde, plus celle-ci est grande, plus l’onde se propage vite.

18. Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES • I: Différents types d’ondes mécaniques progressives • Exemples • Définition d’une OMP • II: Comment une onde se propage-t-elle? • Ondes transversales, ondes longitudinales • Exemple des ondes sonores • III: Célérité • Définition • Mesure de la vitesse de propagation le long d’une corde tendue. Conclusion: La célérité de l’onde dépend de la tension de la corde, plus celle-ci est grande, plus l’onde se propage vite. Remarque : On verra en TP que la célérité dépend aussi de la masse linéique de la corde.

19. Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES • I: Différents types d’ondes mécaniques progressives • Exemples • Définition d’une OMP • II: Comment une onde se propage-t-elle? • Ondes transversales, ondes longitudinales • Exemple des ondes sonores • III: Célérité • Définition • Mesure de la vitesse de propagation le long d’une corde tendue. • Mesure de la vitesse du son dans l’air. Dispositif 1: Exemple de montage

20. Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES • I: Différents types d’ondes mécaniques progressives • Exemples • Définition d’une OMP • II: Comment une onde se propage-t-elle? • Ondes transversales, ondes longitudinales • Exemple des ondes sonores • III: Célérité • Définition • Mesure de la vitesse de propagation le long d’une corde tendue. • Mesure de la vitesse du son dans l’air. Dispositif 2:

21. Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES • I: Différents types d’ondes mécaniques progressives • Exemples • Définition d’une OMP • II: Comment une onde se propage-t-elle? • Ondes transversales, ondes longitudinales • Exemple des ondes sonores • III: Célérité • Définition • Mesure de la vitesse de propagation le long d’une corde tendue. • Mesure de la vitesse du son dans l’air. Résultats: • Distance entre les deux micros : D = 0,50 m • Durée de propagation : Dt = 1,4 ms • Dans l’air (à 20 °C), la célérité du son est :  Remarque:Tout comme pour la corde, la célérité du son dépend des caractéristiques (température, état physique …) du milieu.

22. Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES • I: Différents types d’ondes mécaniques progressives • Exemples • Définition d’une OMP • II: Comment une onde se propage-t-elle? • Ondes transversales, ondes longitudinales • Exemple des ondes sonores • III: Célérité • Définition • Mesure de la vitesse de propagation le long d’une corde tendue. • Mesure de la vitesse du son dans l’air. • IV: Propriétés générales des ondes • Propriétés • Influence du milieu de propagation 1) Propriétés • Une onde se propage, à partir de la source, dans toutes les directions qui lui sont offertes. • La perturbation se transmet de proche en proche sans transport de matière (mais il y a par contre un transfert d’énergie). • La célérité de propagation d’une onde est une caractéristique du milieu. Effet d’une onde sismique.

23. Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES • I: Différents types d’ondes mécaniques progressives • Exemples • Définition d’une OMP • II: Comment une onde se propage-t-elle? • Ondes transversales, ondes longitudinales • Exemple des ondes sonores • III: Célérité • Définition • Mesure de la vitesse de propagation le long d’une corde tendue. • Mesure de la vitesse du son dans l’air. • IV: Propriétés générales des ondes • Propriétés • Influence du milieu de propagation 2) Influence du milieu de propagation • le milieu de propagation doit être élastique pour un solide ou compressible pour un fluide • Plus l’inertie d’un milieu est grande plus la célérité de l’onde qui s’y propage est faible. • Plus un milieu est rigide, plus la célérité de l’onde qui s’y propage est grande

24. Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES • I: Différents types d’ondes mécaniques progressives • Exemples • Définition d’une OMP • II: Comment une onde se propage-t-elle? • Ondes transversales, ondes longitudinales • Exemple des ondes sonores • III: Célérité • Définition • Mesure de la vitesse de propagation le long d’une corde tendue. • Mesure de la vitesse du son dans l’air. • IV: Propriétés générales des ondes • Propriétés • Influence du milieu de propagation • Définitions et vocabulaire 3) Définitions et vocabulaire: Définition du front d’onde : C’est l’ensemble des points atteints par l’onde à la date t. Définition de l’élongation : C’est la mesure de la modification de la position d’un point M du milieu par rapport à sa position d’équilibre. Définition de l’amplitude : Maximum de l’élongation.

25. Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES • I: Différents types d’ondes mécaniques progressives • Exemples • Définition d’une OMP • II: Comment une onde se propage-t-elle? • Ondes transversales, ondes longitudinales • Exemple des ondes sonores • III: Célérité • Définition • Mesure de la vitesse de propagation le long d’une corde tendue. • Mesure de la vitesse du son dans l’air. • IV: Propriétés générales des ondes • Propriétés • Influence du milieu de propagation • Définitions et vocabulaire • Croisement de deux ondes Question : Qu’arrive-t-il lorsque deux ondes se rencontrent ? Conclusion: On constate que, dans ce cas, les deux ondes se croisent sans se perturber

26. Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES • I: Différents types d’ondes mécaniques progressives • Exemples • Définition d’une OMP • II: Comment une onde se propage-t-elle? • Ondes transversales, ondes longitudinales • Exemple des ondes sonores • III: Célérité • Définition • Mesure de la vitesse de propagation le long d’une corde tendue. • Mesure de la vitesse du son dans l’air. • IV: Propriétés générales des ondes • Propriétés • Influence du milieu de propagation • Définitions et vocabulaire • Croisement de deux ondes Exemple de schématisation du croisement de deux ondes Série d’instantanés représentant deux ondes se propageant dans des sens opposés le long d’une corde tendue.

27. Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES Onde réfléchie • I: Différents types d’ondes mécaniques progressives • Exemples • Définition d’une OMP • II: Comment une onde se propage-t-elle? • Ondes transversales, ondes longitudinales • Exemple des ondes sonores • III: Célérité • Définition • Mesure de la vitesse de propagation le long d’une corde tendue. • Mesure de la vitesse du son dans l’air. • IV: Propriétés générales des ondes • Propriétés • Influence du milieu de propagation • Définitions et vocabulaire • Croisement de deux ondes • Réflexion des ondes 5) Réflexion des ondes : le long d’une corde quand une onde arrive à l’extrémité on observe une onde réfléchie se propageant en sens inverse

28. Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES • I: Différents types d’ondes mécaniques progressives • Exemples • Définition d’une OMP • II: Comment une onde se propage-t-elle? • Ondes transversales, ondes longitudinales • Exemple des ondes sonores • III: Célérité • Définition • Mesure de la vitesse de propagation le long d’une corde tendue. • Mesure de la vitesse du son dans l’air. • IV: Propriétés générales des ondes • Propriétés • Influence du milieu de propagation • Définitions et vocabulaire • Croisement de deux ondes • Réflexion des ondes • Comparaison entre la propagation d ’une onde et le déplacement d ’un mobile. La propagation d’une onde: • se fait à partir d’une source dans l’espace environnant sans direction unique privilégiée mais dans toutes les directions possibles, compte tenu des contraintes du milieu, • ne correspond pas à un transport de matière, • C’est l’amplitude de l’onde et non sa célérité qui diminue dans le cas d’un milieu absorbant. Le mouvement d’un solide: • se décrit à l’aide d’une trajectoire, • correspond à un transport de matière, • est affecté par un choc avec un autre mobile, • la vitesse diminue en cas de frottements.

29. Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES • I: Différents types d’ondes mécaniques progressives • Exemples • Définition d’une OMP • II: Comment une onde se propage-t-elle? • Ondes transversales, ondes longitudinales • Exemple des ondes sonores • III: Célérité • Définition • Mesure de la vitesse de propagation le long d’une corde tendue. • Mesure de la vitesse du son dans l’air. • IV: Propriétés générales des ondes • Propriétés • Influence du milieu de propagation • Définitions et vocabulaire • Croisement de deux ondes • Réflexion des ondes • Comparaison entre la propagation d ’une onde et le déplacement d ’un mobile. • III:Ondes progressives à une dimension • 1) Définition Définition: Une onde progressive est dite à une dimension si elle se propage dans un milieu à une dimension. Exemples : une corde tendue de faible épaisseur, est un milieu à une dimension. La surface de l’eau est à deux dimensions. L’air, est un milieu à 3 dimensions.

30. Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES • I: Différents types d’ondes mécaniques progressives • Exemples • Définition d’une OMP • II: Comment une onde se propage-t-elle? • Ondes transversales, ondes longitudinales • Exemple des ondes sonores • III: Célérité • Définition • Mesure de la vitesse de propagation le long d’une corde tendue. • Mesure de la vitesse du son dans l’air. • IV: Propriétés générales des ondes • Propriétés • Influence du milieu de propagation • Définitions et vocabulaire • Croisement de deux ondes • Réflexion des ondes • Comparaison entre la propagation d ’une onde et le déplacement d ’un mobile. • III:Ondes progressives à une dimension • 1) Définition • 2) Notion de retard M1 M2 L’état vibratoire de M2 est sensiblement le même (avec un léger amortissement) que celui de M1 mais décalé dans le temps. Ce décalage ou retard correspond à la durée nécessaire pour que la perturbation parcours la distance d avec la célérité v. On note t ce retard et on a :

31. Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES • I: Différents types d’ondes mécaniques progressives • Exemples • Définition d’une OMP • II: Comment une onde se propage-t-elle? • Ondes transversales, ondes longitudinales • Exemple des ondes sonores • III: Célérité • Définition • Mesure de la vitesse de propagation le long d’une corde tendue. • Mesure de la vitesse du son dans l’air. • IV: Propriétés générales des ondes • Propriétés • Influence du milieu de propagation • Définitions et vocabulaire • Croisement de deux ondes • Réflexion des ondes • Comparaison entre la propagation d ’une onde et le déplacement d ’un mobile. • III:Ondes progressives à une dimension • 1) Définition • 2) Notion de retard Généralisation: • La perturbation qui existe en un point M correspond à celle qui existait auparavant en un point M’ à l’instant t’ = t - t; avec: t étant le retard (en s) et v la célérité (en m.s-1) FIN