Physique-Chimie · 2ème année Bac
Ondes mécaniques progressives
1Rappels du cours
Définition
Une onde mécanique progressive est le phénomène de propagation d'une perturbation dans un milieu matériel, sans transport de matière, mais avec transport d'énergie.
Types d'ondes
- Onde transversale : la perturbation est perpendiculaire à la direction de propagation (ex. : corde).
- Onde longitudinale : la perturbation est parallèle à la direction de propagation (ex. : onde sonore, ressort).
Célérité et retard temporel
La célérité v d'une onde est la vitesse de propagation de la perturbation :
v = d / t
où d est la distance parcourue et t la durée de propagation.
Si une source S ébranle le milieu à l'instant t=0, un point M situé à la distance d = SM reproduit le même mouvement avec un retard temporel :
τ = d / v
Onde progressive périodique — double périodicité
Si la source vibre périodiquement (période T, fréquence f = 1/T), l'onde présente :
- une périodicité temporelle : chaque point du milieu reproduit le mouvement de la source avec la même période T ;
- une périodicité spatiale : à un instant donné, l'aspect de la perturbation se reproduit identique à lui-même tous les λ (longueur d'onde).
Longueur d'onde
La longueur d'onde λ est la distance parcourue par l'onde pendant une période T :
λ = v × T = v / f
Milieu dispersif
Un milieu est non dispersif si la célérité v ne dépend pas de la fréquence f (toutes les ondes s'y propagent à la même vitesse). Il est dispersif dans le cas contraire (ex. : propagation de la lumière dans un prisme).
3Validation directe — QCM
Chaque question peut avoir une ou plusieurs bonnes réponses. Cochez toutes les propositions qui vous semblent justes. L'ordre des questions et des réponses change à chaque nouvelle tentative.
1. Une onde met 0,5 s pour parcourir 2 m dans un milieu. Quelle est sa célérité ?
2. Parmi les affirmations suivantes sur une onde mécanique progressive, lesquelles sont correctes ?
3. Une onde périodique de fréquence f=50 Hz se propage à la célérité v=340 m/s. Quelle est sa longueur d'onde ?
4. Dans « Ondes mécaniques progressives », quelle affirmation est exacte ?
5. Dans « Ondes mécaniques progressives », sélectionne toutes les propositions exactes.
6. À propos de « Ondes mécaniques progressives », quelles affirmations sont correctes ?
7. Parmi ces propositions sur « Ondes mécaniques progressives », lesquelles sont exactes ?
8. Dans « Ondes mécaniques progressives », quelle proposition décrit une erreur à éviter ?
9. Une perturbation parcourt 6,0 m en 20 ms. Quelle est sa célérité ?
10. Concernant une onde mécanique progressive, quelles propositions sont exactes ?
11. Dans un même milieu, la célérité est constante. Si la distance parcourue est doublée, que devient le retard ?
12. Deux points A et B sont séparés de 2,0 m. Le signal atteint B 0,50 s après A. Quelle est la célérité ?
13. Quelles grandeurs interviennent directement dans la relation du retard de propagation entre deux points ?
14. Une onde parcourt 15 m à 5,0 m/s. Quel est son retard de propagation ?
15. Quelles affirmations distinguent correctement l’onde du mouvement des points du milieu ?
16. Une perturbation parcourt 8,0 m en 40 ms. Sélectionne les résultats corrects.
17. Si la célérité d’une onde augmente alors que la distance entre deux points reste la même, le retard de propagation…
18. Un signal sonore se propage à 340 m/s. Combien de temps met-il pour parcourir 17 m ?
19. Une onde mécanique se propage de A vers B. Si B est situé plus loin de la source que A, quelles propositions sont exactes ?
20. Une onde parcourt 12 m en 0,030 s. Quelle est sa célérité ?
21. Quelles situations correspondent à une propagation d’onde mécanique ?
22. Si une perturbation met 0,20 s pour parcourir 1,5 m, quel retard observera-t-on pour 3,0 m dans le même milieu ?
23. Quelles vérifications sont utiles avant de calculer une célérité ?
4Entraînement
Exercice type — Examen national
Examen national — adaptéOn produit une onde sinusoïdale à la surface de l'eau à partir d'une source S vibrant avec une fréquence f = 25 Hz. La célérité de l'onde dans l'eau est v = 0,5 m/s.
- Calculer la période T de la vibration.
- Calculer la longueur d'onde λ.
- Un point M est situé à d = 15 cm de S. Calculer le retard temporel τ avec lequel M reproduit le mouvement de S.
- Le milieu de propagation est-il dispersif ou non dispersif ? Justifier à partir des données de l'énoncé.