La notion d'onde

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Classe(s) : 1re STI2D - 1re STL | Thème(s) : La notion d'onde

A Définition d’une onde

aGénéralités sur les ondes

Lorsque l’on tape dans les mains, un son est émis. Il sera entendu par les personnes se trouvant à proximité puisqu’il se propage dans l’air. Lorsque l’on lance un caillou dans une mare, des vaguelettes circulaires sont créées à partir du point d’impact du caillou dans l’eau et se déplacent en s’éloignant sous forme de cercles. La lumière du soleil nous parvient malgré la distance et le vide nous séparant de notre étoile. Tous ces phénomènes physiques correspondent à des ondes.

Remarque

Les ondes sismiques se propagent dans la terre et engendrent des destructions importantes.

Une onde progressive est la propagation d’une perturbation de proche en proche depuis la source dans toutes les directions possibles (souvent dans l’espace). Une onde transfère de l’énergie sans déplacement de matière.

EXEMPLE

Les vagues donnent un mouvement vertical à un bateau en pleine mer, il ne se déplace pas horizontalement : une onde ne transporte pas de matière.

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Une onde mécanique nécessite un milieu matériel pour se propager contrairement aux ondes électromagnétiques (comme la lumière, les ondes radars) qui peuvent se propager dans le vide.

Une onde sonore est une onde mécanique tout comme les ultrasons.

Remarque

Il est possible d’imposer une direction de propagation grâce à une fibre optique pour la lumière ou un guide d’onde pour les ondes hertziennes par exemple.

bLes ondes longitudinales

Dans le cas d’une onde longitudinale, la direction de la propagation de l’onde est la même que la direction de la perturbation.

EXEMPLE

Lorsque l’on comprime quelques spires d’un long ressort et qu’on lâche les spires comprimées, cette perturbation se propage le long du ressort : la compression du ressort est faite selon l’axe du ressort, comme la direction de propagation de cette perturbation :

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Direction de la propagation de l’onde et de la perturbation

Les ondes sonores et ultrasonores sont des ondes longitudinales, elles procèdent par des compressions et des dépressions de l’air. Dans le cas précédent, ce sont les spires qui subissent les compressions et étirements.

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Remarque

Dans certaines zones, les molécules d’air sont plus présentes (compressions) ou sont plus rares (dépressions). Les zones de compression sont régulièrement espacées.

cLes ondes transversales

Dans le cas d’une onde transversale, la direction de la propagation de l’onde est perpendiculaire à la direction de la perturbation.

EXEMPLE

Lorsque l’on secoue vers le haut une corde tendue horizontalement, à une extrémité, on observe le déplacement B de la perturbation horizontalement : les points de la corde se soulèvent au passage de l’onde.

Les ondes sismiques de cisaillement se propagent dans un sens et déforment le milieu de manière perpendiculaire à leur propagation.

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B La célérité

Une onde correspond au déplacement d’une perturbation dans un milieu. On utilise le terme « vitesse de propagation » ou « célérité », au lieu du terme « vitesse ».

La célérité s’exprime en mètre par seconde (m.s–1) et se calcule comme la vitesse d’un solide ; c’est le rapport de la distance parcourue par la perturbation par la durée :

Image dont le contenu est 	d : distance parcourue en mètre (m)v = dΔt	∆t : durée en seconde (s)	v : célérité ou vitesse de propagation en mètre par seconde (m.s–1); Fin de l'image

Dans le schéma précédent, l’onde arrive sur la corde au point A avant de se propager jusqu’au point B, avec un retard τ. La célérité peut donc s’exprimer par :

Image dont le contenu est v = ABτ 	AB : distance séparant les deux points A et B en mètre (m) 	τ : retard en seconde (s); Fin de l'image

C L’amplitude d’une onde

L’amplitude d’une onde mesure l’écart maximal d’une caractéristique du milieu dû à l’onde par rapport à la position de repos du milieu.

EXEMPLE

Dans le cas d’une corde tendue horizontalement et soumise à une perturbation verticale, l’amplitude est l’écart vertical par rapport à la corde au repos.

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