Les ondes mécaniques progressives

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Tests
Les ondes sont omniprésentes dans le monde qui nous entoure. Qu'elles soient sonores, sismiques ou encore électromagnétiques, elles constituent un phénomène physique dont la nature semble insaisissable. Une onde est capable de transporter des informations mais comment peut-on la caractériser ? Quelles grandeurs physiques peut-on lui associer ?
1. Qu'est-ce qu'une onde mécanique progressive  ? Quelles sont ses propriétés ?
• Toute variation d'une propriété mécanique en un point d'un milieu matériel est appelée perturbation. Par exemple, lorsqu'on lance une pierre dans un plan d'eau parfaitement calme, celle-ci crée à sa surface une perturbation qui modifie la position et la vitesse de chaque molécule d'eau à son passage.
• On appelle onde mécanique, le phénomène de propagation d'une perturbation dans un milieu élastique sans transport de matière. Une onde mécanique est dite progressive si elle se propage dans l'espace. La perturbation se transmet de proche en proche  ; il y a transfert d'énergie sans transport de matière. Par exemple, les ondes sonores sont des ondes mécaniques progressives ; leur propagation engendre des zones de compression-dilatation qui se transmettent de proche en proche.
• Une onde se propage à partir de sa source, dans toutes les directions qui lui sont offertes. Précisons que deux ondes peuvent se croiser sans se perturber.
• Une onde qui se propage dans une seule direction (par exemple, une onde se propageant le long d'une corde tendue) est qualifiée d'onde progressive à une dimension. Une onde qui se propage dans deux directions (par exemple, une ride circulaire à la surface de l'eau) est qualifiée d'onde progressive à deux dimensions. Une onde qui se propage dans trois directions (par exemple, le son dans l'air) est qualifiée d'onde progressive à trois dimensions.
Test n°1Test n°2Test n°3Test n°4
2. Comment différencier une onde longitudinale d'une onde transversale  ?
• Une onde mécanique est transversale lorsque la direction de la perturbation est perpendiculaire à la direction de propagation.
Prenons l'exemple d'une ride qui se propage à la surface de l'eau pour atteindre une bille de polystyrène. L'onde se propage horizontalement mais la bille se déplace verticalement au passage de la perturbation. On qualifiera l'onde à la surface de l'eau d'onde transversale.
• Une onde mécanique est longitudinale lorsque la perturbation se fait dans la même direction que la propagation.
Par exemple, si l'on place une boule de polystyrène devant une source sonore, elle vibrera dans la même direction que la direction de propagation de l'onde. On qualifiera l'onde sonore d'onde longitudinale.
Test n°5Test n°6
3. Quels paramètres modifient la célérité d'une onde ?
• La célérité d'une onde (ou vitesse de propagation) est une propriété du milieu. Elle est égale au quotient de la distance d parcourue par l'onde, en mètre (m), par la durée Δt, en seconde (s) : v=\frac{d}{\Delta{t}}. La célérité v est donc exprimée en mètre par seconde (m.s−1).
• La célérité d'une onde diminue avec l'inertie du milieu. Par exemple, une ride se propage plus rapidement à la surface de l'eau qu'à la surface du pétrole.
• La célérité d'une onde augmente avec la rigidité du milieu. La célérité d'une onde sonore (à 0°C) est de 330 m.s −1 dans l'air, 1,5 km.s −1 dans l'eau et 20 km.s −1 dans le diamant.
Test n°7Test n°8
4. Comment calculer un retard  ?
• Dans un milieu non dispersif, la perturbation en un point M du milieu, à l'instant t, est celle qu'avait la source S au temps t' = t − τ ; l'intervalle de temps τ est nommé retard.
• Le retard τ en un point M varie avec la célérité v de l'onde et la distance d parcourue depuis la source selon la relation : \tau=\frac{d}{v}.
Test n°9
À retenir
• Une onde mécanique se propage dans toutes les directions qui lui sont offertes en transportant de l'énergie.
• Une onde est progressive à une dimension si elle se propage dans une seule direction.
• La vitesse d'une onde est nommée célérité ;  elle dépend de la nature du milieu de propagation et est donnée par la relation : v=\frac{d}{\Delta{t}}.
• Le retard est le temps τ mis par une perturbation pour aller de la source à un point de l'espace, celui-ci se trouvant, à une date t, dans le même état vibratoire que la source à la date t − τ
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