Cours d'ondes mécaniques progressives PDF

Cours de physique Deuxième Bac Les ondes mécaniques Sciences Physique Progressives Chakir abdeljalil [email protected] www.rihabpc.com Page 1  Objectifs : Connaissances et savoir-faire exigibles...

Cours de physique Deuxième Bac Les ondes mécaniques Sciences Physique Progressives Chakir abdeljalil [email protected] www.rihabpc.com Page 1  Objectifs : Connaissances et savoir-faire exigibles - Définir une onde mécanique et sa célérité - Définir et reconnaitre une onde transversale et une onde Longitudinale - Connaitre et exploiter les propriétés générales des ondes - Définir une onde progressive à une dimension et savoir que la perturbation en un point d’un milieu, à l’instant t , est celle Qu’avait la source au temps 𝑡 ′ = 𝑡 − 𝜏 𝜏 Étant le retard (dans un milieu non dispersif) - Exploiter la relation entre le retard, la distance et la célérité - Exploiter un document expérimental (oscillogrammes, acquisition de données avec un ordinateur,,,) Obtenu à partir de capteurs délivrant un signal lié à la Perturbation et donnant l’évolution temporelle de la Perturbation en un point donné : interprétation, mesure d’un retard, calcul d’une célérité, calcul d’une distance - Utiliser un dispositif expérimental pour mesurer un retard ou une distance lors de la propagation d’une onde. En particulier, utiliser un oscilloscope pour mesurer le retard d’un clap sonore ou d’une salve d’ultrason Chakir abdeljalil [email protected] www.rihabpc.com Page 2 1- Notion de perturbation 1-1- Activités 1-2- Observations Activité : 1 La chute de la pierre donne naissance a une perturbation formé de Plusieurs vagues circulaires centrées sur le point d’impact Activité :2 On observe une zone ou les spires sont resserrées (perturbation) Cette perturbation progresse le long du ressort activité :3 La membrane du hautparleur effectue un mouvement de va-et-vient, la flamme de la bougie est le siège de perturbations Chakir abdeljalil [email protected] www.rihabpc.com Page 3  1-3- interprétations Activité : 1 Le choc de la pierre provoque une perturbation déformant la surface de l’eau et se propage dans toutes les directions Activité : 2 Le ressèment des spires provoque une perturbation qui se propage le long du Ressort activité : 3 La vibration de la membrane provoque une perturbation dans l’air (vibration des molécules de l’air) qui se propagent dans toutes les directions 2- L’onde mécanique 2-1- définition de l’onde mécanique On appelle onde mécanique le phénomène de propagation d’une perturbation dans un milieu élastique matériel 2-2- Remarque Au passage d'une vague, le bateau s'élève, son énergie Potentielle augmente. Cette énergie lui est apportée par l'onde, mais il n'y a pas de transport de matière Une onde mécanique progressive transporte de l'énergie sans transport de matières 2-3- Différents types d’ondes mécaniques Progressives On peut classer les ondes mécaniques en deux types selon le sens de perturbation et le sens de propagation 2-3-1- Ondes transversales Une onde est dite transversale quand la direction de perturbation est Perpendiculaire à la direction de Propagation. Cas de : la corde, l’eau Chakir abdeljalil [email protected] www.rihabpc.com Page 4  2-3-2- Ondes longitudinales Une onde est dite longitudinale quand la direction de perturbation est parallèle à la direction de propagation. Cas de : ressort, le son 2-4- Les caractéristiques de la propagation d’une onde mécanique 2-4-1- directions de propagation Les ondes se propagent selon les directions disponibles, ils existent trois cas : a- les ondes selon une dimension La direction de propagation est rectiligne Exemples : La corde, le ressort b- les ondes selon deux dimensions La propagation se fait dans un plan Exemples : l’eau c- les ondes selon trois dimensions La propagation se fait dans toutes les directions exemples :le son Chakir abdeljalil [email protected] www.rihabpc.com Page 5  2-5- Croisement de deus ondes 2-5-1- Observation Croisement de deux ondes mécanique à la surface de l’eau 2-5-2- interprétation On considère le croisement de deux ondes (1) et (2) Les deux ondes gardent les mêmes propriétés (vitesse, sens, amplitude) soit avant ou après croisement On conclut que : Les ondes se croisent sans subir de modification 2-6- Vitesse de propagation 2-6-1- Définition Le long d’une corde une onde parcourt une distance d pendant une durée t , on définit la d vitesse moyenne de propagation par la relation : v  t 2-6-2- L’influence des caractéristiques du milieu sur la vitesse d’une onde - cas de la corde : la vitesse de l’onde dépend de la tension de la corde T  et de la masse linéique   (masse par unité de longueur). elle s’exprime par la relation : Chakir abdeljalil [email protected] www.rihabpc.com Page 6  T TL v   m - cas du son : la vitesse du son dépend du milieu de propagation.elle est plus Importante dans les solides et les liquides que dans les gaz. Le tableau suivant représente quelques 2-6-3- Exemples milieu Les gaz Les liquides Les solides air H2 H 2O C6 H 6 Fer bétons  v ms 1  340 1307 1500 1250 6000 1000à2000 2-7- Le retard temporel On considère une onde progressive se propageant sans amortissement a une vitesse v. le mouvement du point M ' reproduit Le même mouvement du point M , mais avec un décalage dans le temps ou retard  MM ' exprimé par la relation :   v 2-8- Notion d’élongation 2-8-1- Définition L'élongation d'onde est la distance d’évolution d’un point autour de sa position d’équilibre, on la représente par la fonction : y (t ) Chakir abdeljalil [email protected] www.rihabpc.com Page 7  2-8-2- Relation entre l’élongation de deux points du milieu de propagation On considère un milieu de propagation des ondes mécanique (exemple :la corde) Chaque point du milieu de propagation se déplace le long de l’axe y La fonction y S (t ) représente l’élongation de la source S La fonction y M (t ) représente l’élongation de la source M Et puisque le point M reprend le même mouvement de la source S après un retard :  t '  t , on a : Les deux points S et M ont même élongation, c'est-à-dire y S (t )  y M (t ' ) , avec t'   t Donc : y S (t )  y M (t   ) ou y M (t )  y S (t   ) Chakir abdeljalil [email protected] www.rihabpc.com Page 8