Svt-Les Ondes

e la pression et une zone de compression de l’air se déplace dans le milieu. A cette compression succède une dilatation et c’est une zone de compression-dilatation qui se propage. On retiendra Lorsqu’on jette une pierre dans l’eau d’un étang, une perturbation se propage, à partir du point de chute, sous forme d’une ride circulaire. Son rayon croît au fur et à mesure que la perturbation s’éloigne du point-source. Le milieu de propagation de la perturbation est le plan d’eau: c’est un milieu à deux dimensions. Une perturbation se propage dans toutes les directions issues du point-source S et contenue dans le plan d’eau. Si l’on place un bateau (ou un bouchon) sur le trajet de l’onde, on constate qu’il subit la perturbation et, après le passage de l’onde, se retrouve dans sa position initiale.

On appelle onde mécanique le phénomène de propagation d’une perturbation dans un milieu matériel sans transport de matière, mais avec transfert d’énergie.

2. CELERITE D’UNE ONDE.

La propagation d’une perturbation dans un milieu s’effectue avec une certaine «vitesse». Mais, puisque la propagation s’effectue sans transport de matière, on préfère utiliser le mot célérité. La célérité V d’une onde est le rapport entre la distance d parcourue par l’onde et la durée t du parcours. d M1 M2 V= = t t2 - t1 Les célérités d’une onde le long d’une corde élastique ou à la surface de l’eau peuvent aller de 1 m.s-1 à quelques dizaines de m.s-1. Remarque. Il convient de bien distinguer la célérité de l’onde, de la vitesse d’un point du milieu au passage de l’onde. Propriétés Des expériences élaborées confirment que la célérité dépend:

du type d’ondes: Dans l’eau, les ondes de surface bidimensionnelles et transversale ne se propagent pas à la même vitesse que

les ondes acoustique longitudinales et tridimensionnelles se propageant dans tout le volume du liquide.

du milieu de propagation: Tant que l’amplitude du signal reste faible, la célérité est indépendante de la forme et de l’amplitude du signal. La célérité est caractéristique du milieu qui est dit alors linéaire. Par exemple, la célérité du son dans l’air, à 15°C et sous la pression de 1,0 bar est voisine de 340 m.s-1. Cette célérité est: - est différente dans un autre milieu de propagation (voir tableau) - dans l’air augmente lorsque la température croît. Ainsi dans l’air à 0°C, la célérité du son est de 331 m.s-1. Autre exemple, la célérité d’une onde le long d’une corde dépend de la masse linéique et de la tension de la corde.

3. EXEMPLE D’ONDE PROGRESSIVE PERIODIQUE: LE LONG D’UNE CORDE.

Dispositif. La source est un vibreur. Un vibreur est constitué d’une lame dont l’une des extrémités est et dont l’autre est placée devant un électroaimant alimenté en courant alternatif. Lorsque l’électroaimant fonctionne, l’extrémité S de la lame vibre; elle effectue des escillations périodiques autour de sa position d’équilibre. On attache l’extrémité S de la lame à une corde élastique et on fait vibrer le point S. Les points de la corde ont un mouvement trop rapide; on peut étudier ce mouvement en utilisant un stroboscope. Cet appareil délivre des éclairs très brefs séparés par une durée constante et réglable; il permet d’immobiliser un phénomène vibratoire ou de le ralentir. Observation 1. Il est possible d’observer, en éclairage stroboscopique, l’ensemble des points de la corde immobiles. Et l’aspect de la corde est celui d’une sinusoïde. Interprétation 1. Lorsqu’on observe la corde immobile, tous ses points effectuent, entre deux éclairs consécutifs, une ou plusiseurs oscillations complètes et ils apparaissent toujours dans la même position. En conséquence, tous les points de la corde vibrent avec la même fréquence que la source. Figure ci-contre. Le point A suit le mouvement de la lame vibrante. A l’instant t, le point A se trouve sur la crête. Au fil du temps, le point A suit le mouvement de la lame et retrouve une position sur la crête à l’instant t + T. T est la période temporelle. Définition 1. On peut dire également qu’il apparaît une première périodicité: la périodicité temporelle; la source et les points atteints par l’onde vibrent avec la même période T. La durée qui sépare l’arrivée de deux perturbations successives en un point est appelé période temporelle T. Définition 1bis. On déduit de la période T, la fréquence f par la relation f = 1/T. Elle est numériquement égale au nombre d’oscillations complètes effectuées en 1,0 s; l’unité est le hertz (Hz).

Observation 2. En utilisant l’éclairage stroboscopique fournissant un mouvement au ralenti, on observe que certains points ont exactement le même mouvement: ils passent à leur position d’équilibre ou à leur écartement maximal aux mêmes instants. Interprétation 2. On dit qu’ils vibrent en phase. Ils sont régulièrement répartis sur la corde; on note  et on appelle longueur d’onde la distance séparant deux point consécutifs vibrant en phase. Figure ci-dessus. Les points M et N ont exactement le même mouvement... On parle de