Ondes mecaniques
Propagation et proprietes
Objectifs Bac
- *Definir une onde et ses caracteristiques
- *Distinguer ondes transversales et longitudinales
- *Maitriser les phenomenes de diffraction et interference
- *Appliquer les relations entre periode, frequence et longueur d'onde
Les ondes transportent de l'energie sans transport de matiere. Ondes sonores, sismiques, a la surface de l'eau : la physique des ondes est omnipresente. Ce chapitre etablit les concepts fondamentaux et etudie les phenomenes de diffraction et d'interferences.
1F4DALecon approfondie
1. Qu'est-ce qu'une onde ?
Une onde est la propagation d'une perturbation dans un milieu, avec transfert d'energie sans transport de matiere. Onde transversale : la perturbation est perpendiculaire a la propagation (corde, surface de l'eau). Onde longitudinale : la perturbation est parallele a la propagation (son). La vitesse de propagation c depend du milieu. Une onde progressive se propage avec c = lambda/T.
2. Caracteristiques d'une onde
Periode T : duree d'une oscillation complete (en s). Frequence f = 1/T (en Hz). Longueur d'onde lambda : distance parcourue pendant une periode (en m). Relation fondamentale : c = lambda * f = lambda / T. L'amplitude A caracterise l'intensite de la perturbation. La phase phi determine l'etat de l'oscillation a un instant donne.
3. Diffraction
La diffraction est l'etalement d'une onde lorsqu'elle rencontre un obstacle ou une ouverture de dimension comparable a sa longueur d'onde. L'angle de diffraction theta est d'autant plus grand que l'ouverture a est petite : theta environ lambda/a. Pour observer la diffraction : a doit etre de l'ordre de lambda. Applications : diffraction de la lumiere par une fente, du son par une porte.
4. Interferences
Les interferences resultent de la superposition de deux ondes coherentes (meme frequence, dephasage constant). Interferences constructives : les ondes s'ajoutent (delta = k*lambda). Interferences destructives : les ondes s'annulent (delta = (k+1/2)*lambda). delta est la difference de marche entre les deux sources. Les franges d'interference permettent de mesurer lambda.
5. Effet Doppler
L'effet Doppler est la modification de la frequence percue lorsque la source ou le recepteur sont en mouvement. Source qui s'approche : frequence percue augmente. Source qui s'eloigne : frequence percue diminue. Formule (source mobile) : f_recu = f_emis * c / (c - v). Applications : radar de vitesse, imagerie medicale, astrophysique (decalage vers le rouge).
1F4D0Formules essentielles
Vitesse de propagation
Relation fondamentale
Periode et frequence
f en Hz, T en s
Angle de diffraction
a = largeur de l'ouverture
Interference constructive
k entier, delta = difference de marche
Interference destructive
k entier
Effet Doppler
Source se rapprochant
1F4DDVocabulaire essentiel
2705Exemples resolus
Calcul de longueur d'onde
Diffraction par une fente
1F4DDExercices type Bac
Etude d'un phenomene de diffraction
Conseils de methode :
- 1Identifier le type d'onde
- 2Mesurer les caracteristiques de la figure
- 3Appliquer la relation de diffraction
- 4Conclure sur la longueur d'onde
Interferences lumineuses (fentes d'Young)
Conseils de methode :
- 1Etablir la condition d'interference
- 2Calculer l'interfrange
- 3Exploiter les donnees experimentales
- 4Determiner la longueur d'onde
Synthese
Les ondes transportent de l'energie sans transport de matiere. Leurs caracteristiques (periode, frequence, longueur d'onde) sont liees par c = lambda*f. La diffraction se produit lorsque l'onde rencontre un obstacle de taille comparable a lambda. Les interferences resultent de la superposition d'ondes coherentes. L'effet Doppler permet de mesurer des vitesses.
