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Asie 2005I. PROPAGATION DUNE ONDE LE LONG DUNE CORDE (4 points) Calculatrice interdite Une très longue corde élastique inextensible est disposée horizontalement.

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1 Asie 2005I. PROPAGATION DUNE ONDE LE LONG DUNE CORDE (4 points) Calculatrice interdite Une très longue corde élastique inextensible est disposée horizontalement sur le sol. Un opérateur crée une perturbation en imprimant une brève secousse verticale à lextrémité S de la corde (figure 1) Préciser la direction de propagation de londe et la direction du mouvement du point M En déduire si londe est transversale ou longitudinale. Figure 1 Mouvement de la main La direction de propagation de londe est lhorizontale. La direction du mouvement du point M est la verticale. Comme la direction de propagation de londe est perpendiculaire à la direction du mouvement du point M, londe est transversale.

2 2. Étude chronophotographique. La propagation de londe le long de la corde est étudiée par chronophotographie (figure 2).Lintervalle de temps séparant deux photos consécutives est t = 0,25 s Définir puis calculer la célérité de londe. 2.1 Considérons laxe horizontal (Sx) dorigine S. La célérité v de londe est le rapport entre la distance d parcourue par londe entre deux points M et M et la durée de propagation de londe, t – t : v = d / (t – t) Entre les photos n°6 et n°8 le front de londe parcourt la distance d = 1,00 m pendant la durée t – t = 2. t = 0,50 s. Donc v = 2,0 m.s –1. Figure 2

3 2.2. Pendant quelle durée un point de la corde est-il en mouvement ? L Daprès la figure 2, on voit quun point de la corde est en mouvement pendant lintervalle de temps séparant deux photos successives, soit : 0,25 s. Soit L la longueur de la perturbation (en m). (voir ci-contre)

4 Figure 3 3. Évolution temporelle du déplacement vertical de plusieurs points de la corde Lequel de ces deux points est touché le premier par la perturbation ? 3.1 Graphiquement on constate que laltitude z A du point A est non nulle entre les instants de date 1,50 s et 1,75 s alors que laltitude z B du point B est non nulle pour des instants de date plus grandes 2,00 s et 2,25 s. Donc le premier point atteint par la perturbation est le point A Lequel de ces deux points est situé le plus près du point source S de la corde ? 3.2 Le front de londe atteint le point A dabscisse x A à la date t A = 1,50 s. Le front de londe atteint le point B dabscisse x B à la date t B = 2,00 s. Linstant de date t 0 = 0 s correspond au début du mouvement de S en x S = 0,00 m. On a donc pour le point A : x a = V.t A x a = 2,00 1,50 = 3,00 m De même pour le point B : x B = V.t B x B = 2,00 2,00 = 4,00 m Le point le plus près du point source S est le point A car x A < x B.

5 3.3. Quel retard le point touché en second présente-t-il dans son mouvement par rapport au point touché en premier ? 3.3 Le retard que présente le point B dans son mouvement par rapport au point A est: = t B – t A = 2,00 – 1,50 = 0,50 s Quelle est la valeur de la distance séparant les points A et B ? 3.4 Pendant la durée, le front de londe parcours une distance égale à la distance AB = x B – x A séparant les points A et B, à la célérité constante v = 2,0 m.s -1. On a donc : x B – x A = v. x B – x A = 2,0 0,50 = 1,0 m Un troisième point C commence son mouvement à linstant de date t C = 0,50 s. Préciser sa position par rapport à A Le front de londe atteint le point C dabscisse x c à la date t C = 0,50 s. La célérité de londe étant constante, on peut écrire, entre les point A et C : v = soit x c - x a = v.(t C – t A ) x c – x a = 2,0 (0,50 – 1,50) = – 2,0 m. Comme x c – x a est négatif, le point C est situé 2,0 m avant le point A. Représenter sur un schéma la position des points A, B et C (échelle 2 cm pour 1 m) par rapport au point source S. S 4,00 0,00 x (en m) 2,00 1,003,00 BA C

6 4.1. Influence de la forme de la perturbation. La même corde est utilisée : sa tension est la même dans les deux expériences La forme de la perturbation modifie-t-elle la célérité ? fig Influence de la forme de la perturbation Conditions :- même corde - - même tension - - forme de la perturbation différente On constate graphiquement que le front de chaque onde arrive au point K, au même instant de date t = 1,50 s. La même distance est donc parcourue pendant la même durée. La forme de la perturbation ne modifie donc pas la célérité de londe.

7 4.2. Influence de la tension de la corde La même corde est utilisée ; lors de lexpérience 2-a, sa tension est plus faible que lors de lexpérience 2-b. fig. 5 La tension de la corde modifie-t-elle la célérité et si oui, dans quel sens ? 4.2 Influence de la tension de la corde Conditions :même corde, tension différente, même forme de la perturbation. On constate graphiquement que : - le front de londe de lexpérience 2-a arrive au point K à linstant de date t 2a = 1,50 s. - le front de londe de lexpérience 2-b arrive au point K à linstant de date t 2b = 0,80 s. Londe atteint le point K plus rapidement dans lexpérience 2-b que dans lexpérience 2-a. La célérité de londe est plus grande dans lexpérience 2-b que dans lexpérience 2-a. Donc la tension de la corde modifie la célérité de londe. Dautre part, la tension de la corde est plus grande dans lexpérience 2-b que dans lexpérience 2-a. Plus la tension de la corde est grande, plus la célérité de londe est grande.

8 4.3. Influence de la nature de la corde. Rappel : la masse linéique est la masse par unité de longueur ; pour une corde de masse M et de longueur L, on a donc : = M / L. La tension est la même dans les deux expériences ; la masse linéique de la corde utilisée pour lexpérience 3- a est plus faible que celle de la corde utilisée pour lexpérience 3-b. La masse linéique de la corde modifie-t-elle la célérité et si oui, dans quel sens ? 44.3 Influence de la nature de la corde Conditions :cordes différentes (masse linéique différente), même tension, même forme de la perturbation. On constate graphiquement que : le front de londe de lexpérience 3-a arrive au point K à linstant de date t 3a = 1,00 s. - le front de londe de lexpérience 3-b arrive au point K à linstant de date t 3b = 1,50 s. Londe atteint le point K plus rapidement dans lexpérience 3-a que dans lexpérience 3-b. La célérité de londe est plus grande dans lexpérience 3-a que dans lexpérience 3-b. La masse linéique de la corde modifie la célérité de londe. Dautre part, la masse linéique de la corde est plus faible dans lexpérience 3-a que dans lexpérience 3-b. Plus la masse linéique de la corde est grande, plus petite est la célérité de londe.


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