Transcript Différents types d`ondes mécaniques progressives

Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES
I: Différents types d’ondes
mécaniques progressives
1) Exemples
Propagation d’ondes de déformation à la surface de
l’eau.
Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES
I: Différents types d’ondes
mécaniques progressives
1) Exemples
Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES
I: Différents types d’ondes
mécaniques progressives
1) Exemples
Propagation d’une onde de déformation le long d’un
ressort.
Propagation d’une onde de déformation le long d’une
corde
Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES
I: Différents types d’ondes
mécaniques progressives
1) Exemples
Simulation de la propagation d’un tsunami.
Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES
I: Différents types d’ondes
mécaniques progressives
1) Exemples
Autres exemples:
•
Une hola dans un stade,
•les ondes radio (télévision, radio, téléphonie
mobile...),
•
les ondes ultrasonores (communication entre
poissons, repérage de l’espace par les chauvessouris ...)
etc...
Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES
I: Différents types d’ondes
mécaniques progressives
1) Exemples
Les questions que se posent le physicien:
 Qu’est-ce qu’une onde ?
 Comment décrire la propagation
d’une onde; avec quel nouveau
vocabulaire ?
 Quels sont les paramètres qui
influencent la propagation d’une onde ?
Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES
I: Différents types d’ondes
mécaniques progressives
1) Exemples
2) Définition d’une OMP
Question: Que va faire le bateau au passage de l’onde ?
Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES
I: Différents types d’ondes
mécaniques progressives
1) Exemples
2) Définition d’une OMP
Conclusion:
On appelle onde mécanique progressive,
le phénomène de propagation d’une
perturbation (ou déformation) dans un
milieu matériel, sans transport de
matière.
Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES
I: Différents types d’ondes
mécaniques progressives
1) Exemples
2) Définition d’une OMP
II: Comment une onde se
propage-t-elle?
1) Ondes transversales, ondes
longitudinales
Onde de déformation le long d’une corde.
Le déplacement de la perturbation s’effectue
perpendiculairement à la direction de
propagation: C’est une onde transversale.
Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES
I: Différents types d’ondes
mécaniques progressives
1) Exemples
2) Définition d’une OMP
II: Comment une onde se
propage-t-elle?
1) Ondes transversales, ondes
longitudinales
Autre exemple d’ondes transversales.
Onde de déformation à la surface de l ’eau:
Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES
I: Différents types d’ondes
mécaniques progressives
1) Exemples
2) Définition d’une OMP
II: Comment une onde se
propage-t-elle?
1) Ondes transversales, ondes
longitudinales
Onde de déformation (de compression) le long d’un ressort.
Le déplacement de la perturbation s’effectue
dans la même direction que celle de la
propagation : C’est une onde longitudinale.
Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES
I: Différents types d’ondes
mécaniques progressives
1) Exemples
2) Définition d’une OMP
II: Comment une onde se
propage-t-elle?
1) Ondes transversales, ondes
longitudinales
2) Exemple des ondes sonores
Expérience de la bougie et du haut-parleur
Observations:
La flamme se met à bouger en suivant le
mouvement de va et vient de l’air : Ceci
illustre la nature longitudinale des ondes
sonores.
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I: Différents types d’ondes
mécaniques progressives
1) Exemples
2) Définition d’une OMP
II: Comment une onde se
propage-t-elle?
1) Ondes transversales, ondes
longitudinales
2) Exemple des ondes sonores
Simulation
Conclusion:
Une onde sonore résulte de la propagation
d’une onde longitudinale de compressiondilatation dans un milieu, solide, liquide,
ou gazeux.
Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES
I: Différents types d’ondes
mécaniques progressives
1) Exemples
2) Définition d’une OMP
II: Comment une onde se
propage-t-elle?
1) Ondes transversales, ondes
longitudinales
2) Exemple des ondes sonores
Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES
I: Différents types d’ondes
mécaniques progressives
1) Exemples
2) Définition d’une OMP
II: Comment une onde se
propage-t-elle?
1) Ondes transversales, ondes
longitudinales
2) Exemple des ondes sonores
III: Célérité
1) Définition
La célérité d’une onde est la vitesse de
déplacement de la perturbation. Elle est
égale au rapport de la distance d parcourue
par l’onde sur la durée Dt nécessaire pour
la parcourir .
(m.s-1)
d
V
Δt
(m)
(s)
Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES
I: Différents types d’ondes
mécaniques progressives
1) Exemples
2) Définition d’une OMP
II: Comment une onde se
propage-t-elle?
1) Ondes transversales, ondes
longitudinales
2) Exemple des ondes sonores
III: Célérité
1) Définition
2) Mesure de la vitesse de
propagation le long d’une
corde tendue.
Mesure de la célérité d’une onde de déformation
transversale
le long d’une corde tendue.
Etude chronophotographique de vidéos: voir TP
On utilise un logiciel de pointage pour suivre la
propagation d’une perturbation le long d’une corde.
Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES
I: Différents types d’ondes
mécaniques progressives
1) Exemples
2) Définition d’une OMP
II: Comment une onde se
propage-t-elle?
1) Ondes transversales, ondes
longitudinales
2) Exemple des ondes sonores
III: Célérité
1) Définition
2) Mesure de la vitesse de
propagation le long d’une
corde tendue.
Résultats:
1- La distance X parcourue par l’onde varie linéairement
par rapport au temps. La perturbation se propage donc à
vitesse constante.
2-La célérité de l’onde dépend de la tension de la corde, plus
celle-ci est grande, plus l’onde se propage vite.
Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES
I: Différents types d’ondes
mécaniques progressives
1) Exemples
2) Définition d’une OMP
II: Comment une onde se
propage-t-elle?
1) Ondes transversales, ondes
longitudinales
2) Exemple des ondes sonores
III: Célérité
1) Définition
2) Mesure de la vitesse de
propagation le long d’une
corde tendue.
Conclusion:
La célérité de l’onde dépend de la tension de
la corde, plus celle-ci est grande, plus l’onde
se propage vite.
Remarque : On verra en TP que la célérité dépend aussi
de la masse linéique de la corde.
Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES
I: Différents types d’ondes
mécaniques progressives
1) Exemples
2) Définition d’une OMP
II: Comment une onde se
propage-t-elle?
1) Ondes transversales, ondes
longitudinales
2) Exemple des ondes sonores
III: Célérité
1) Définition
2) Mesure de la vitesse de
propagation le long d’une
corde tendue.
3) Mesure de la vitesse du son
dans l’air.
Dispositif 1:
Exemple de montage
Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES
I: Différents types d’ondes
mécaniques progressives
1) Exemples
2) Définition d’une OMP
II: Comment une onde se
propage-t-elle?
1) Ondes transversales, ondes
longitudinales
2) Exemple des ondes sonores
III: Célérité
1) Définition
2) Mesure de la vitesse de
propagation le long d’une
corde tendue.
3) Mesure de la vitesse du son
dans l’air.
Dispositif 2:
Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES
I: Différents types d’ondes
mécaniques progressives
1)Exemples
2)Définition d’une OMP
II: Comment une onde se
propage-t-elle?
1)Ondes transversales, ondes
longitudinales
2)Exemple des ondes sonores
III: Célérité
1) Définition
2)Mesure de la vitesse de propagation le
long d’une corde tendue.
3) Mesure de la vitesse du son dans
l’air.
Résultats:
Distance entre les deux micros : D = 0,50 m
Durée de propagation : Dt = 1,4 ms
Dans l’air (à 20 °C), la célérité du son est :
d
V
 3,6  102 m.s 1
Δt
Remarque: Tout comme pour la corde, la célérité du son
dépend des caractéristiques (température, état physique …)
du milieu.
Milieu
Air(sec, 15°C)
Eau
Fer
Pétrole
Célérité du son
340 m.s-1
1500 m.s-1
6000 m.s-1
1700 m.s-1
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1)
Exemples
2)
Définition d’une OMP
II: Comment une onde se
propage-t-elle?
1)
Ondes transversales, ondes
longitudinales
2)
Exemple des ondes sonores
III: Célérité
1)
Définition
2)
Mesure de la vitesse de
propagation le long d’une corde
tendue.
3)
Mesure de la vitesse du son
dans l’air.
IV: Propriétés générales des
ondes
1)
Propriétés
2)
Influence du milieu de
propagation
1) Propriétés
•Une onde se propage, à partir de la source, dans
toutes les directions qui lui sont offertes.
•La perturbation se transmet de proche en proche
sans transport de matière (mais il y a par contre un
transfert d’énergie).
•La célérité de propagation d’une onde est une
caractéristique du milieu.
Effet d’une onde sismique.
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I: Différents types d’ondes
mécaniques progressives
1)
Exemples
2)
Définition d’une OMP
II: Comment une onde se
propage-t-elle?
1)
Ondes transversales, ondes
longitudinales
2)
Exemple des ondes sonores
III: Célérité
1)
Définition
2)
Mesure de la vitesse de
propagation le long d’une corde
tendue.
3)
Mesure de la vitesse du son
dans l’air.
IV: Propriétés générales des
ondes
1)
Propriétés
2)
Influence du milieu de
propagation
2) Influence du milieu de propagation
• le milieu de propagation doit être élastique
pour un solide ou compressible pour un
fluide
•Plus l’inertie d’un milieu est grande plus la
célérité de l’onde qui s’y propage est faible.
•Plus un milieu est rigide, plus la célérité de
l’onde qui s’y propage est grande
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I: Différents types d’ondes
mécaniques progressives
1)Exemples
2)Définition d’une OMP
II: Comment une onde se
propage-t-elle?
1)Ondes transversales, ondes
longitudinales
2)Exemple des ondes sonores
III: Célérité
1) Définition
2)Mesure de la vitesse de propagation le
long d’une corde tendue.
3) Mesure de la vitesse du son dans
l’air.
IV: Propriétés générales des
ondes
1)Propriétés
2)Influence du milieu de propagation
3)Définitions et vocabulaire
3) Définitions et vocabulaire:
Définition du front d’onde :
C’est l’ensemble des points atteints par
l’onde à la date t.
Définition de l’élongation :
C’est la mesure de la modification de la
position d’un point M du milieu par
rapport à sa position d’équilibre.
Définition de l’amplitude :
Maximum de l’élongation.
Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES
I: Différents types d’ondes
mécaniques progressives
1)
Exemples
2)
Définition d’une OMP
II: Comment une onde se
propage-t-elle?
1)
Ondes transversales, ondes
longitudinales
2)
Exemple des ondes sonores
III: Célérité
1)
Définition
2)
Mesure de la vitesse de
propagation le long d’une corde
tendue.
3)
Mesure de la vitesse du son
dans l’air.
IV: Propriétés générales des
ondes
1)
Propriétés
2)
Influence du milieu de
propagation
3)
Définitions et vocabulaire
4)
Croisement de deux ondes
Question : Qu’arrive-t-il lorsque deux ondes se
rencontrent ?
Conclusion:
On constate que, dans ce cas,
les deux ondes se croisent
sans se perturber
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I: Différents types d’ondes
mécaniques progressives
1)Exemples
2)Définition d’une OMP
II: Comment une onde se
propage-t-elle?
1)Ondes transversales, ondes
longitudinales
2)Exemple des ondes sonores
III: Célérité
1) Définition
2)Mesure de la vitesse de propagation le
long d’une corde tendue.
3) Mesure de la vitesse du son dans
l’air.
IV: Propriétés générales des
ondes
1)Propriétés
2)Influence du milieu de propagation
3)Définitions et vocabulaire
4)Croisement de deux ondes
Exemple de schématisation du croisement de deux
ondes
Série d’instantanés représentant deux ondes se propageant dans
des sens opposés le long d’une corde tendue.
Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES
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mécaniques progressives
1)Exemples
2)Définition d’une OMP
II: Comment une onde se
propage-t-elle?
1)Ondes transversales, ondes
longitudinales
2)Exemple des ondes sonores
III: Célérité
1) Définition
2)Mesure de la vitesse de propagation le
long d’une corde tendue.
3) Mesure de la vitesse du son dans
l’air.
IV: Propriétés générales des
ondes
1)Propriétés
2)Influence du milieu de propagation
3)Définitions et vocabulaire
4)Croisement de deux ondes
5)Réflexion des ondes
5) Réflexion des ondes :
le long d’une corde quand une onde arrive
à l’extrémité on observe une onde
réfléchie se propageant en sens inverse
Onde incidente
Onde réfléchie
Extrémité libre
Pas de changement de
signe de l’élongation
Extrémité fixe
Changement de signe de
l’élongation de l’onde
réfléchie
Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES
I: Différents types d’ondes
mécaniques progressives
1)
Exemples
2)
Définition d’une OMP
II: Comment une onde se
propage-t-elle?
1)
Ondes transversales, ondes
longitudinales
2)
Exemple des ondes sonores
III: Célérité
1)
Définition
2)
Mesure de la vitesse de
propagation le long d’une corde
tendue.
3)
Mesure de la vitesse du son
dans l’air.
IV: Propriétés générales des
ondes
1)
Propriétés
2)
Influence du milieu de
propagation
3)
Définitions et vocabulaire
4)
Croisement de deux ondes
5)
Réflexion des ondes
6)
Comparaison entre la
propagation d ’une onde et le
déplacement d ’un mobile.
Le mouvement d’un solide:
La propagation d’une onde:
 se décrit à l’aide d’une
trajectoire,
 correspond à un transport
de matière,
 est affecté par un choc
avec un autre mobile,
 la vitesse diminue en cas
de frottements.
 se fait à partir d’une source
dans l’espace environnant
sans direction unique
privilégiée mais dans toutes
les directions possibles,
compte tenu des contraintes
du milieu,
 ne correspond pas à un
transport de matière,
 C’est l’amplitude de l’onde
et non sa célérité qui diminue
dans le cas d’un milieu
absorbant.
Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES
I: Différents types d’ondes
mécaniques progressives
1)Exemples
2)Définition d’une OMP
II: Comment une onde se
propage-t-elle?
1)Ondes transversales, ondes
longitudinales
2)Exemple des ondes sonores
III: Célérité
1) Définition
2)Mesure de la vitesse de propagation le
long d’une corde tendue.
3) Mesure de la vitesse du son dans
l’air.
IV: Propriétés générales des
ondes
1)Propriétés
2)Influence du milieu de propagation
3)Définitions et vocabulaire
4)Croisement de deux ondes
5)Réflexion des ondes
6)Comparaison entre la propagation
d ’une onde et le déplacement d ’un
mobile.
III:Ondes progressives à une
dimension
1) Définition
Définition:
Une onde progressive est dite à une dimension si
elle se propage dans un milieu à une dimension.
Exemples :
une corde tendue de faible épaisseur, est un milieu à une
dimension. La surface de l’eau est à deux dimensions.
L’air, est un milieu à 3 dimensions.
Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES
I: Différents types d’ondes
mécaniques progressives
1)Exemples
2)Définition d’une OMP
II: Comment une onde se
propage-t-elle?
1)Ondes transversales, ondes
longitudinales
2)Exemple des ondes sonores
III: Célérité
1) Définition
2)Mesure de la vitesse de propagation le
long d’une corde tendue.
3) Mesure de la vitesse du son dans
l’air.
IV: Propriétés générales des
ondes
1)Propriétés
2)Influence du milieu de propagation
3)Définitions et vocabulaire
4)Croisement de deux ondes
5)Réflexion des ondes
6)Comparaison entre la propagation
d ’une onde et le déplacement d ’un
mobile.
III:Ondes progressives à une
dimension
1) Définition
2) Notion de retard
M1
M2
L’état vibratoire de M2 est sensiblement le même
(avec un léger amortissement) que celui de M1 mais
décalé dans le temps. Ce décalage ou retard
correspond à la durée nécessaire pour que la
perturbation parcours la distance d avec la célérité v.
On note t ce retard et on a :
D
t
v
Chapitre 1: LES ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES
I: Différents types d’ondes
mécaniques progressives
1)Exemples
2)Définition d’une OMP
II: Comment une onde se
propage-t-elle?
1)Ondes transversales, ondes
longitudinales
2)Exemple des ondes sonores
III: Célérité
1) Définition
2)Mesure de la vitesse de propagation le
long d’une corde tendue.
3) Mesure de la vitesse du son dans
l’air.
IV: Propriétés générales des
ondes
1)Propriétés
2)Influence du milieu de propagation
3)Définitions et vocabulaire
4)Croisement de deux ondes
5)Réflexion des ondes
6)Comparaison entre la propagation
d ’une onde et le déplacement d ’un
mobile.
III:Ondes progressives à une
dimension
1) Définition
2) Notion de retard
FIN
Généralisation:
La perturbation qui existe en un point M correspond
à celle qui existait auparavant en un point M’ à
l’instant t’ = t - t; avec:
MM '
t
v
t étant le retard (en s) et v la célérité (en m.s-1)