Revision sheet: Ondes mécaniques périodiques

📋 Plan du Cours

1. Définition des ondes périodiques
2. Exemples d’ondes mécaniques
3. Phase et longueur d’onde
4. Mesure de la célérité sonore
5. Diffraction des ondes
6. Applications expérimentales

📖 1. Définition des ondes périodiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Onde périodique : Se répète identiquement à elle-même pendant des intervalles de temps égaux appelés période T.
• Onde sinusoïdale : Possède une variation sinusoïdale en fonction du temps.

📝 Points essentiels

• Dans l’expression de l’élongation, x(t) désigne l’élongation à l’instant t, A l’amplitude ou élongation maximale, T la période et la phase à l’origine est déterminée à partir des conditions initiales.

📖 2. Exemples d’ondes mécaniques

🔑 Notions clés & Définitions

• Onde sonore : Ondes mécaniques longitudinales produites lorsque la vibration d’un corps se propage dans un milieu environnant.
• Onde ultrasonore : Ondes sonores dont la fréquence est supérieure à 20 kHz ; elles sont inaudibles et se réfléchissent partiellement sur un obstacle.

★ À maîtriser

• Une onde progressive le long d’une corde est produite par une corde élastique tendue horizontalement, attachée à une lame vibrante entretenue par un électro-aimant alimenté par un courant alternatif.

Compléments

• À la surface de l’eau, une onde progressive périodique peut présenter des ondes circulaires ou des ondes rectilignes.

• La célérité d’une onde sonore est d’autant plus grande que la densité du milieu est élevée.

💡 Astuce mémo

Corde et eau : déformations visibles ; son : vibration propagée dans un milieu.

📖 3. Phase et longueur d’onde

★ À maîtriser

📌 Deux points M et M′ d’un milieu de propagation vibrent en phase lorsque la distance qui les sépare est un multiple de la longueur d’onde.

📌 Deux points M et M′ d’un milieu de propagation vibrent en opposition de phase lorsque la distance qui les sépare est un nombre impair de demi-longueurs d’onde.

Compléments

• La longueur d’onde est la distance séparant deux points successifs du milieu qui vibrent en phase.

💡 Astuce mémo

Multiple de λ : en phase ; multiple impair de λ/2 : en opposition.

📖 4. Mesure de la célérité sonore

★ À maîtriser

• La vitesse de propagation du son dans l’air peut être déterminée en déplaçant un microphone jusqu’à ce que les signaux des deux microphones redeviennent en phase.

• Les distances relevées sont:

  • 34 cm
  • 68 cm
  • 102 cm
  • 136 cm

Compléments

• Lorsque les deux microphones sont côte à côte et à la même distance du haut-parleur, les deux signaux observés sont en phase.

💡 Astuce mémo

Deux microphones en phase → déplacement → nouvelles coïncidences → longueur d’onde.

📖 5. Diffraction des ondes

🔑 Notions clés & Définitions

• Diffraction : Modification de la forme d’une onde lorsqu’elle passe par une ouverture ou rencontre un obstacle dont la dimension est inférieure ou de l’ordre de grandeur de la longueur d’onde.

📝 Points essentiels

• La diffraction à la surface de l’eau est étudiée avec une cuve à ondes, une plaque vibrante et un diaphragme comportant une ouverture de largeur a.

💡 Astuce mémo

Ouverture comparable à λ → modification de la forme de l’onde.

📖 6. Applications expérimentales

📝 Points essentiels

• Dans un exercice, deux points A et B de la surface de l’eau sont distants de 6,0 cm et la fréquence des vibrations produites par le vibreur vaut 17 Hz.

• Dans un exercice sur une onde ultrasonore dans le pétrole liquide, une onde se propage dans l’air et l’autre dans le pétrole sur la même distance, puis les deux signaux reçus sont comparés à l’oscilloscope.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des situations de phase

Distance entre les points	État de vibration
Multiple de la longueur d’onde	En phase
Nombre impair de demi-longueurs d’onde	En opposition de phase