Les ondes mécaniques progressives périodiques

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Tests
Parmi les ondes mécaniques progressives, certaines ont la particularité de propager une perturbation qui se répète périodiquement dans le temps. C'est ce type d'onde que l'on nomme onde mécanique progressive périodique. Les vagues qui déferlent sur la plage, le « la » du diapason ou encore une corde mise en mouvement par un vibreur sont des exemples d'ondes progressives périodiques.
1. Comment reconnaître une onde progressive périodique  ?
• Une onde progressive est périodique si la perturbation qu'elle propage se reproduit identique à elle-même et de façon régulière dans le temps.
Par exemple, si l'on fixe l'extrémité d'une corde tendue à un vibreur animé d'un mouvement périodique, la corde sera parcourue par une onde progressive périodique.
• Les ondes progressives périodiques présentent une double périodicité : temporelle et spatiale.
Test n°1Test n°2
2. Comment mesurer la période temporelle d'une onde périodique  ?
• La période temporelle T, en seconde (s), d'une onde progressive sinusoïdale est la durée séparant deux perturbations identiques en un point donné.
Un stroboscope est un appareil qui émet des flashs lumineux à intervalles de temps réguliers. Il permet de déterminer la période temporelle d'un mouvement périodique. Prenons l'exemple d'une roue à rayons en rotation éclairée par un stroboscope ; lorsque la période des flashs coïncide avec celle du mouvement de rotation, la roue paraît immobile.
• La fréquence f d'un phénomène périodique est le nombre de fois où se répète ce phénomène par seconde. La fréquence est donnée par l'inverse de la période : f=\frac{1}{T} ; elle s'exprime en hertz (Hz).
Test n°3Test n°4Test n°5
3. Comment déterminer la période spatiale d'une onde périodique  ?
• La période spatiale λ nommée longueur d'onde, représente la distance la plus courte séparant deux points soumis simultanément à des perturbations identiques (en phase).
Prenons l'exemple de vagues s'échouant sur une plage. Dans cet exemple, la longueur d'onde λ, en mètre (m), est mesurée entre deux crêtes de vagues à l'aide d'un décamètre. La période temporelle T, en seconde (s), est mesurée entre l'échouage de deux vagues successives à l'aide d'un chronomètre.
• La longueur d'onde λ, en mètre (m), est liée à la période par la relation λ = v.T, dans laquelle v, en mètre par seconde (m.s−1), représente la célérité de l'onde.
Test n°6
4. Qu'est ce qu'un milieu dispersif  ?
Un milieu est dispersif si, dans ce milieu, la célérité d'une onde dépend de sa fréquence.
Par exemple, l'eau est un milieu dispersif. Si un bateau passe à grande vitesse devant moi sur une eau calme, il crée un ensemble d'ondes sous forme de vagues de différentes fréquences. Les vagues les plus espacées me parviennent en premier ; ces vagues ont une longueur d'onde élevée et donc une faible fréquence. Ensuite arrivent les vagues plus rapprochées de longueur d'onde plus petite et, par conséquent, de fréquence plus élevée.
Test n°7
5. Comment se produit le phénomène de diffraction  ?
• On nomme diffraction, le phénomène observé après le passage d'une onde dans une fente ou un obstacle dont la dimension est du même ordre de grandeur que la longueur d'onde.
L'exemple ci-dessous illustre le phénomène de diffraction à la surface de l'eau. Après le passage d'une fente de dimension égale à sa longueur d'onde, l'onde plane se transforme en onde circulaire.
• La diffraction ne modifie ni la longueur d'onde, ni la fréquence d'une onde. C'est un phénomène caractéristique des ondes périodiques.
Test n°8Test n°9
À retenir
• Les ondes progressives périodiques présentent une périodicité spatiale et temporelle.
• La longueur d'onde se calcule à partir de la relation : \lambda=v.T.
• La fréquence est donnée par l'inverse de la période :
f=\frac{1}{T}.
Dans un milieu dispersif, la célérité d'une onde varie avec sa fréquence.
• Une onde périodique qui rencontre un obstacle ou une fente, de dimension comparable à la longueur d'onde, subit le phénomène de diffraction.
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