Ondes mécaniques progressives Cours Qu'est-ce qu'une onde mécanique progressive ? Définition Une onde mécanique progressive est le phénomène de propagation d'une perturbation dans un milieu sans transport de matière. Exemple : une pierre est lancée dans l'eau d'un étang. L'eau reste à la même place, avant et après le passage de l'onde. Seul un petit mouvement temporaire de l'eau, relativement à un état d'équilibre local, a lieu lors du passage de la perturbation. Vitesse d'un mobile et célérité d'une onde • La vitesse d'un mobile est l e déplacement par seconde du mobile lors d'un parcours. La célérité
d'une onde mécanique onde mécanique progressive est le déplacement par seconde des perturbations créées par une onde dans un milieu de propagation. • Dans un milieu homogène et uniforme, la célérité y d 'une onde mécanique progressive est
constante. Elle est donnée par la relation :
=
(fig. 1)
y célérité de l'onde mécanique (m.s -1) d distance parcourue par l'onde (m) ζ durée pour franchir la distance d (s)
Ondes transversales et ondes longitudinales • Lorsque la direction du déplacement temporaire de la matière est perpendiculaire à la direction
de la propagation de l'onde, celle-ci est dite transversale (fig. transversale (fig. 2-a). • Lorsque la direction du déplacement temporaire de la matière et la d irection de la propagation
de l'onde sont les mêmes, l'onde est dite longitudinale (fig. longitudinale (fig. 2-b)
Qu'est-ce qu'une onde sonore ? Nature de l'onde sonore Définition L'onde sonore est la propagation dans un milieu matériel d'une perturbation de compressiondétente du milieu.
Pour qu'une onde sonore se propage, il est nécessaire qu'un milieu matériel existe entre l'émetteur et le récepteur. L'onde sonore dans l'air est longitudinale. Au passage du son, les couches d'air subissent de petits déplacements longitudinaux autour d'une position moyenne, dans la direction de la propagation, de façon analogue an alogue aux spires d'un ressort (fig. 3). Ondes longitudinales Mouvement de la perturbation parallèle à celui de la propagation
Fig. 3 — Analogie entre ondes sonores et ondes progressives le long d'un ressort Célérité du son dans différents matériaux Propagation dans : Un solide Un liquide à 25 °C
Substances Aluminium Cuivre Fer Eau distillée
Unité : km/s 6,42 5,01 5,95 1,4967
La célérité est fonction de la Eau de mer température. Kérosène (densité 0,81) Un gaz à 0 °C et 1 bar Air sec La célérité est fonction Dihydrogène de la température et de la Hélium pression.
1,531 : 1,324 0,33145 1,284 0,965
Propriétés générales des ondes Propagation depuis la source Une onde se propage, à partir de la source, dans toutes les directions du milieu de propagation qui lui sont offertes. Transmission de la perturbation La perturbation se transmet de proche en proche dans un milieu de propagation. Elle transfert de l'énergie sans transport de matière. La présence du milieu est néanmoins né anmoins indispensable. Célérité et milieu à propagation La célérité d'une onde est une propriété du milieu mili eu de propagation. Elle ne dépend que du milieu et de son état. Elle dépend en particulier de l'inertie et de la rigidité du milieu.
Croisement deux ondes Deux ondes peuvent se croiser sans se perturber. Au contraire, deux mobiles ne peuvent pas se croiser sur une même trajectoire sans se perturber. Ondes progressives à une dimension Onde mécanique a une dimension Les ondes mécaniques se propageant le long d'une corde ou d'un ressort ne se déplacent que dans une seule direction. Comme les ondes ultrasonores a la sortie d'un émetteur sont pratiquement parallèles entre elles, elles ne se déplacent également que dans une seule direction. Définition Une onde mécanique progressive à une dimension est une onde qui ne se propage que dans une seule direction. Notion de retard L'observation de la perturbation créée par une onde le long d'une corde montre que la perturbation reste identique à elle-même au cours de son déplacement (fig. 4). La seule différence entre deux instants quelconques t et t’ (avec t < t') est la position de la perturbation le long de la
corde.
À l'instant t, le front de l'onde est en M, à l'instant t', il est en M'. On dira que la perturbation à l'instant t possède un retard spatial par rapport à sa position à l'instant t'. Le retard temporel de la perturbation entre ces deux instants est = t' — t durée pendant laquelle la perturbation franchit une distance d sur la corde.
À retenir Pour une onde à une dimension, la perturbation au point M à l'instant t est exactement la même que celle qui existait auparavant en un point M' à l'instant t' = t — , avec et la célérité de l'onde.
=
′
étant le retard
