Une onde mécanique progressive

→ Une onde mécanique progressive est la propagation d'une perturbation dans un milieu matériel sans transport de matière. → On qualifie l'onde de « mécanique » car la perturbation est une déformation du milieu matériel lui-même... Et on qualifie l'onde de « progressive » car la propagation de la perturbation s'effectue de proche en proche plus ou moins rapidement. → Enfin, la propagation d'une onde s'accompagne toujours d'une propagation d'énergie.. Qu'est-ce qu'une onde mécanique progressive ?

La simulation d’une onde progressive

Exemples d'ondes mécaniques à une dimension

 Secouons verticalement l'origine O d'une corde tendue horizontalement. La perturbation de courte durée (ou signal) se propage le long de la corde. Chaque point P se soulève verticalement puis reprend sa position initiale alors que le signal se déplace horizontalement le long de la corde. On dit que l'onde est transversale. - Exemple 1 : Onde transversale

 Définition : Une onde est dite transversale si elle provoque une perturbation de direction perpendiculaire à la direction de propagation de l'onde.

 Définition : Une onde est dite longitudinale si elle provoque une perturbation de direction parallèle à la direction de propagation de l'onde.

Exemple d'onde mécanique à deux dimensions

 Laissons tomber une goutte d'eau en un point O de la surface de l'eau contenue dans une cuve à ondes. Des rides circulaires prennent naissance. Elles se propagent dans les deux dimensions du plan horizontal. Chaque point P (on peut le concrétiser en plaçant un petit morceau de liège) se soulève verticalement puis reprend sa place alors que les rides se déplacent horizontalement à la surface de l'eau. On dit que l'onde est transversale. Exemple 1 : Onde transversale à la surface de l'eau

Exemple d'onde mécanique à trois dimensions

 Un acteur situé sur la scène d'un théâtre chante une note. Les auditeurs situés au balcon, à l'avant scène ou encore dans les coulisses entendent cette note. L'onde sonore s'est propagée dans les trois dimensions de l'espace. Chaque point P vibre longitudinalement dans la direction de propagation du signal.  Remarque :  Remarque : Un petit poste radio, placé sous une cloche, devient inaudible lorsqu'on fait le vide. En effet, ce sont les molécules de gaz qui permettent, par leur vibration longitudinale, de transmettre le son depuis la source jusqu'au tympan de l'oreille de l'auditeur. Dans le vide, le son ne peut pas se propager.

→ Dans un cas plus général, une onde progressive se propage à partir de la source dans toutes les directions qui lui sont offertes. Lorsqu'une seule direction de l'espace est disponible, on dit que l'onde est à une dimension. De même, lorsque la propagation s'effectue sur une surface, l'onde est à deux dimensions (...). → Enfin, lorsque deux ondes se croisent, elles continuent à se propager après leur rencontre sans modification dans le cas où les déplacements engendrés par le passage de la perturbation restent faibles. → Dans un cas plus général, une onde progressive se propage à partir de la source dans toutes les directions qui lui sont offertes. Lorsqu'une seule direction de l'espace est disponible, on dit que l'onde est à une dimension. De même, lorsque la propagation s'effectue sur une surface, l'onde est à deux dimensions (...). → Enfin, lorsque deux ondes se croisent, elles continuent à se propager après leur rencontre sans modification dans le cas où les déplacements engendrés par le passage de la perturbation restent faibles.

PROPRIETES GENERALES DES ONDES

 - Une perturbation se propage, à partir de la source, dans toutes les directions qui lui sont offertes. Dans les exemples ci-dessus nous avons vu qu'il existait des ondes à une, deux ou trois dimensions.  - Contrairement au déplacement d'un mobile, le déplacement d'une perturbation se fait sans déplacement de matière. Dans les exemples ci-dessus, le point P reprend sa position initiale lorsque la perturbation s'éloigne.  - Une perturbation se transmet de proche en proche sans transfert de matière mais avec transport d'énergie. Dans les exemples ci-dessus, de l'énergie est nécessaire pour provoquer le déplacement temporaire des différents points P.  - Si une partie de l'énergie transportée par l'onde se transforme en chaleur, on dit que l'onde s'amortit. .

 - Dans le cas d'une onde sur l'eau, l'énergie se répartit sur des rides circulaires de rayon croissant. La hauteur des vagues diminue. Cette atténuation de l'amplitude de la perturbation existe, dans les milieux à deux ou trois dimensions, même si l'énergie transportée par la perturbation se conserve. Cette atténuation n'est pas due à un amortissement.  Souvent atténuation due à la géométrie des milieux à deux ou trois dimensions et amortissement due aux frottement des particules coexistent.  - Deux ondes peuvent se croiser sans se perturber.

 - Célérité d'une onde :  - Célérité d'une onde : La célérité (ou vitesse de propagation) d'une onde parcourant une distance D en une durée DT est, par définition, égale au rapport D / DT. On écrit :  V = D / DTV est en (m/s) lorsque D est en (m) et DT en (s)

 Souvent la vitesse de propagation (ou mieux célérité) d'une onde ne dépend que du milieu matériel dans lequel elle se déplace.  Plus le milieu est rigide, plus la célérité est grande. Ainsi, sur une corde, la célérité d'une onde est d'autant plus grande que la corde est tendue. Ainsi la célérité du son est plus grande dans un solide que dans l'eau et elle est plus grande dans l'eau que dans l'air.  Plus l'inertie du milieu est grande, plus la célérité diminue. Ainsi, sur une corde, la célérité est d'autant plus grande que la masse linéique est faible.

 Dans un milieu homogène et isotrope, la célérité d'une onde est constante.  Remarque :  Remarque : Une onde lumineuse n'est pas une onde mécanique. Elle peut se propager dans le vide. Nous verrons que dans le vide et dans l'air toutes les radiations lumineuses se propagent avec la même célérité c = 3 ´ 10 8 m / s. Dans l'eau la célérité dépend de la fréquence de la radiation (chaque "couleur" est caractérisée par sa fréquence). On dit que, pour les ondes lumineuses, l'eau est un milieu dispersif.