Sciences physiques

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ondes mécaniques progressives périodiques : ce qu’il faut en retenir

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Les connaissances et savoir-faire exigibles du programme officiel sont essentielles pour réussir son année de terminale. Comment réussir son épreuve de physique à coup sûr ? En les connaissant sur le bout des doigts. Après les ondes mécaniques progressives, voyons les ondes mécaniques progressives périodiques :

Reconnaître une onde progressive périodique et sa période.

Une onde périodique est caractérisée par le fait que chaque point a un mouvement périodique :

corde de Melde

La période de l’onde est la période du mouvement de chaque point. On la note T. Attention, à ce niveau, le mouvement n’est pas forcément sinusoïdal (comme sur l’image), cela peut-être n’importe quel autre mouvement périodique.

Définir pour une onde progressive sinusoïdale, la période, la fréquence, la longueur d’onde.

Une onde progressive sinusoïdale est une onde telle que tous les points du milieu ont un mouvement sinusoïdal. Comme dans le cas général, la période T est la période du mouvement d’un point, 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 λ.

Connaître et utiliser la relation λ =v T, connaître  la signification et l’unité de chaque terme, savoir justifier cette relation par une équation aux dimensions.

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, λ =v.T où λ 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 λ = 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).

Savoir, pour une longueur d’onde donnée, que le phénomène de diffraction est d’autant plus marqué que la dimension d’une ouverture ou d’un obstacle est plus petite.

Le phénomène de diffraction peut se résumer ainsi :

diffractionL’angle de diffraction θ (défini dans le schéma ci-dessous) est de l’ordre de λ/a où a est la largeur de la fente.anglediffraction

Ainsi, plus la fente est petite, plus le rapport λ/a est grand, donc plus la diffraction est marquée.

Définir un milieu dispersif.

Un milieu dispersif est un milieu tel que la vitesse dépend de la fréquence.

Exploiter un document expérimental (série de  photos, oscillogramme, acquisition de données avec un ordinateur…) : détermination de la période, de la fréquence, de la longueur d’onde.

Pour s’entraîner à cette compétence, rien de tel qu’un petit sujet de bac, par exemple : la seconde partie d’Indonésie 2003 (merci labolycee.org) ou l’épreuve de bac blanc proposée par le webpedagogique.com en 2006

Reconnaître sur un document un phénomène de diffraction.

Par exemple, comment expliqueriez-vous la photo ci-dessous ?

Auteur : Cédric Lémery

Professeur de sc. physique-chimie au lycée du Forez à Feurs. Animateur de la page facebook LaPhysiqueAuBacS, prof consultant de campusbac, chaîne de canalsat. Co-auteur de delaphysique.com, 1ère web-fiction pédagogique. Docteur en physique de la terre.

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