Caractéristiques des ondes

Partie A : Propagation des ondes progressives I. Bilan des activités (voir TP et activité documentaire) 1. Propagation le long d'un ressort On tend un long ressort entre 2 supports. On rapproche quelques spires d'une des deux extrémités du ressort, On relâche les spires. Animations ressort Observation: la compression des quelques spires se déplace de proche en proche jusqu'à l'autre extrémité et cette propagation s'effectue à vitesse constante Interprétation: la propagation est due à un déplacement aller-retour de chaque spire de proche en proche à vitesse constante. Chaque spire revient à sa position initiale après le passage de la compression. Il n'y a pas de transport de matière puisque chaque spire revient à sa position initiale.

Animations goutte d’eau 2. Ondes à la surface de l’eau  Laissons tomber une goutte d'eau en un point O de la surface de l'eau. Animations goutte d’eau Des rides circulaires prennent naissance. Elles se propagent dans les deux dimensions du plan horizontal. Comment se déplace la surface de l’eau au passage d’une onde ? Chaque point du milieu se soulève verticalement puis reprend sa place alors que les rides se déplacent horizontalement à la surface de l'eau.  On attend que la surface de l’eau soit revenue au repos et on renouvelle l’expérience en disposant quelques grains de polystyrène sur l’eau. Si on produit à nouveau des ondes à la surface de l’eau, à votre avis que va-t-il arriver aux billes de polystyrène ?

Le bateau à la surface de l'eau n’est pas emporté horizontalement par la crête de l'onde mais effectuent un aller et retour quasi vertical au passage de chaque onde. On observe qu'un objet flottant se déplace verticalement au passage de la ride et revient à sa position initiale, donc n'est pas déplacé par rapport à la surface de l'eau.

Quelle est la forme d’une onde produite par une pierre qui ricoche sur l’eau ? Représentez l’allure de l’onde obtenue….. A votre avis !!! ou Animations ricochets Résultat: La forme circulaire d’une onde à la surface de l’eau et la position de son centre ne dépendent pas de la direction de l’impact et de la vitesse de la source.

II. Définitions 1. Définition d’une onde On appelle onde progressive le phénomène de propagation d'une perturbation sans transport de matière mais avec transport d’énergie. Les ondes mécaniques (sismique, sonores…) ont besoin d’un milieu matériel pour se propager contrairement aux ondes électromagnétiques (IR, UV ..) qui peuvent se propager dans le vide.

2. Deux types d’ondes a. Onde transversale Une onde est transversale lorsque le déplacement des points du milieu de propagation s'effectue perpendiculairement à la direction de propagation. Exemples : - Les ondes à la surface de l’eau - Propagation des ondes sur la corde

a. Onde longitudinale Une onde est longitudinale lorsque le déplacement des points du milieu de propagation s'effectue dans la même direction que celle de la propagation. Exemples : - Le ressort - Les ondes sonores

III. La célérité d ’une onde 1. Définition de la célérité On appelle célérité v de l'onde la vitesse de propagation de l'onde. C'est le rapport de la distance d parcourue par l'onde par la durée t du parcours.    On préfère le mot célérité au mot vitesse auquel est associé la notion de déplacement de matière (vitesse d'une automobile, d'une particule etc...).

2. Influence du milieu de propagation a. Influence de l’inertie du milieu Que représente l’inertie du milieu ? L’inertie d’un milieu ou d’un système représente la résistance que ce milieu ou ce système oppose lorsque l’on cherche à le mettre en mouvement. Exemples : Pour un solide en translation : l’inertie du solide est représenté par sa masse L’inertie d’une corde est représenté par sa masse linéique. La célérité d’une onde dans un milieu dépend de son inertie. Plus l’inertie du milieu est grande et plus la célérité de l’onde se propageant dans ce milieu est faible.

b. Influence de la rigidité du milieu Que représente la rigidité du milieu ? La rigidité d’un milieu représente la résistance que ce milieu oppose lorsque l’on cherche à le déformer. Exemples : Dans le cas d’un ressort : la rigidité du ressort est caractérisé par sa constante de raideur du ressort (k). La célérité d’une onde dans un milieu dépend de la rigidité du milieu dans lequel elle se propage. Plus le milieu est rigide et plus grande est sa célérité. Elle diminue au contraire lorsque l’élasticité du milieu augmente 3. Mesure de la célérité d’une onde (voir TP 2 et 3)

IV. Propriétés générales des ondes mécaniques Une onde se propage, à partir de la source dans toutes les directions qui lui sont offertes. 1. Onde à une dimension La propagation a lieu dans une seule direction (la corde) 2. Onde à deux dimensions La propagation a lieu dans un plan (onde engendrée à la surface de l’eau) 3. Onde à trois dimensions La propagation a lieu dans l’espace.

4. Une onde réalise un transfert d’énergie sans transport de matière Au passage de l’onde, le bateau s’élève d’une hauteur H et voit son énergie potentielle augmenter. Cette énergie lui a été fournie par l’onde mais le bateau est restée à la même abscisse.

Animations rencontre ondes Qu’arrive t-il lorsque deux ondes se rencontrent ? On touche successivement la surface de l’eau en deux points différents A votre avis !!! ou Animations rencontre ondes Résultat: Deux ondes peuvent se croiser en conservant après la rencontre leur caractéristiques (célérité – forme de l’onde – fréquence …)

5. Notion de retard Une onde émise par une source S se propage sur une corde. Elle atteint le point M à la date t et le point M’ à la date t’. Donc le point M’ subit la même perturbation que le point M avec un certain retard noté τ

6. Différence entre une onde mécanique et le mouvement d’un solide