Lors de cette rentrée 2012, ce sont les terminales qui vont expérimenter le nouveau bac. En physique-chimie, les changements sont de tailles et toutes les fiches des compétences exigibles sont  à revoir. Quelles sont les capacités exigibles de la partie sur les ondes du bac 2013 ? Commençons par les caractéristiques des ondes :

Note valables pour toutes les Fiches « capacités » : les capacités attendues sont en italique et en gras. Les capacités expérimentales sont simplement en italique. Ces dernières ne seront pas systématiquement commentées.

Je sais définir une onde progressive à une dimension.

Définition « officielle » : une onde progressive à une dimension est le phénomène de propagation à une dimension d’une perturbation sans transport matériel.

C’est par exemple le cas d’une onde qui se propage sur une corde ou d’une onde sonore qui se propage dans un tube.

La perturbation se transmet de proche en proche et le mouvement d’un point est le même que celui de ses prédécesseurs, mais décalé dans le temps. Ainsi, tous les points reproduisent le mouvement de la source avec un décalage dans le temps. Ce décalage est appelé retard.

Je connais et sais exploiter la relation entre retard, distance et vitesse de propagation (célérité).

Si l’on considère 2 points séparés par une distance d, leur mouvement est décalé dans le temps d’un retard ?. Par définition de la célérité v, on peut écrire v=d/?.

Exemple d’application : imaginons que l’on entende le tonnerre 5 secondes après avoir vu l’éclair. Sachant que la célérité du son dans l’air est de 340 m/s on en déduit que la foudre est tombée à une distance d=v.? soit d = 340×5 = 1700 m.

Je sais étudier qualitativement et quantitativement un phénomène de propagation d’une onde.

Il s’agit d’exploiter des documents du type :

Dans lesquels une perturbation est représentée à différents instants. Les mesures de distance se font directement sur le schéma en utilisant l’échelle approprié. Le retard se détermine à l’aide du temps entre les 2 mesures. Par exemple, sur le schéma ci-dessus, on voit que les points A et B sont distants de 50 cm et que le point B reproduit le mouvement de A avec un retard de 0,25 s, on en déduit donc que la célérité vaut 0,5/0,25=2 m/s

On peut également être amené à étudier l’évolution temporelle en un point. Il s’agit donc de documents du type :

A l’aide de ce document, on peut déterminer la célérité : on voit que le point B a un retard de 0,25 s sur A (il se met en mouvement à 0,55 s alors que A se met en mouvement à 0,3 s). Sachant qu’ils sont séparés de 0,5 m, on déduit que la célérité est égale à 0,5/0,25 = 2 m/s.

Je sais définir pour une onde progressive sinusoïdale, la période, la fréquence et la longueur d’onde.

Une onde progressive sinusoïdale est caractérisée par le fait que chaque point a un mouvement sinusoïdal :

La période de l’onde est la période du mouvement de chaque point. On la note T. La fréquence f est l’inverse de la période : T=1/f

Puisque le mouvement des points est périodique, certains points sont en phase (c’est  dire qu’ils ont le même mouvement à chaque instant). La distance la plus petite entre deux points en phase est la longueur d’onde, notée ?.

Je connais et sais exploiter la relation entre la période ou la fréquence, la longueur d’onde et la célérité.

On peut démontrer que la longueur d’onde telle qu’elle a été définie précédemment est la distance parcourue par l’onde pendant une période temporelle. Ainsi, ? =v.T où ? est la longueur d’onde (en m), v, la célérité de l’onde (en m/s) et T, la période (s). On vérifie aisément que v.T a pour unité des mètres ce qui correspond bien à l’unité de la longueur d’onde.

Exemple d’utilisation de cette relation : les ondes sonores audibles ont une célérité de 340 m/s et une fréquence comprise entre 20 Hz et 20 kHz. Ainsi, en utilisant ? = v.T = v/f, on peut montrer que leur longueur d’onde est comprise entre 340/20000=1,7 cm (pour les aïgues) et 17 m (pour les basses).

Je sais déterminer la période, la fréquence, la longueur d’onde et la célérité d’une onde progressive sinusoïdale.

Pour déterminer la période d’une onde progressive, il faut la représentation temporelle de la perturbation en un point :

La période de l’onde se mesure comme pour tout signal périodique : on fera les mesures à l’intersection entre la courbe et l’axe des abscisses (c’est beaucoup plus précis qu’en un sommet)  et on ne se limitera pas à la mesure d’une seule période, en en prenant plusieurs, on est plus précis (encore une histoire de chiffres significatifs). Ici, pour 7T on trouve 6,04-0.20 s soit 5,84 s, T est donc égal à 5,84/7=0,83 s.

Pour déterminer la fréquence, on peut l’estimer à l’aide de la courbe. Ici, on voit qu’en 1 s, il y a un peu plus d’une oscillation, la fréquence sera donc un peu supérieure à 1. Pour plus de précision, on calcule l’inverse de la période. Ici, 1/0,83 = 1,2 Hz.

La longueur d’onde se détermine à l’aide d’une représentation de la perturbation à un instant t et la méthode de mesure est analogue à celle de la période.

La célérité se détermine une fois que l’on a la période et la longueur d’onde en utilisant la relation ? =v.T