Pour aller plus loin : 

I- Les ondes progressives périodiques.

1)- Onde progressive périodique le long d’une corde.

a)- La source : le vibreur.

-  Le vibreur est constitué d’une lame élastique placée devant un électroaimant qui est alimenté par un courant alternatif.

-  Lors du fonctionnement, l’extrémité de la lame effectue des oscillations périodiques.

-  Le phénomène se reproduit de manière identique à intervalle de temps T appelé période.

-  La période T des oscillations est la durée d’une oscillation complète.

-  Cette durée s’exprime en seconde s.

-  La fréquence f du phénomène représente le nombre de période par seconde.

-  C’est l’inverse de la période.

-    

-  La fréquence s’exprime en Hertz : Hz.

b)- L’onde progressive périodique.

-  À l’extrémité S de la lame, on attache une corde élastique, puis on met le vibreur en mouvement.

-  La perturbation périodique se propage le long de la corde jusqu’au point B.

-  On place du coton au point B pour amortir le phénomène et éviter la réflexion de l’onde.

-  Une onde progressive périodique se propage le long de la corde.

c)- Mouvement d’un point de la corde.

-  On peut étudier le mouvement de chaque point de la corde de deux façons :

-  On peut effectuer un enregistrement vidéo et faire une observation au ralenti.

-  On peut effectuer une observation stroboscopique.

-  Un stroboscope est un appareil qui délivre des éclairs très brefs à intervalle de temps régulier réglable.

-  Il permet d’immobiliser le phénomène et de l’observer au ralenti.

-  On éclaire la corde avec un stroboscope et on règle la fréquence des éclairs du stroboscope afin d’observer une corde immobile.

-  Si on augmente légèrement la fréquence des éclairs, on peut observer le mouvement au ralenti d’un point marqué d’un repère.

-  Lorsque la corde est immobile, tous les points de la corde effectuent entre deux éclairs consécutifs une ou plusieurs oscillations complètes.

-  En conséquence, tous les points de la corde vibrent avec la même fréquence que la source et tous les points de la corde effectuent le même mouvement que la source.

-  L’onde progressive possède une périodicité temporelle.

-  La source et chaque point de la corde atteint par l’onde vibrent avec la même période T.

d)- La longueur d’onde λ.

Animation

-  On utilise l’éclairage stroboscopique et on immobilise la corde.

-  Certains points M₁, M₂, M₃ ont exactement le même mouvement à chaque instant. Ils sont dans le même état physique.

-  Ils passent à leur position d’équilibre ou à leur écartement maximal aux mêmes instants.

-  On dit que les points M₁, M₂, M₃ …vibrent en phase.

-  En conséquence : deux points séparés par une distance multiple de la longueur d’onde vibrent en phase.

-  Si d est la distance qui sépare deux points qui vibrent en phase alors  d = k . λ avec  k € N^*  

e)- Relation fondamentale.

-  Il découle de ceci que pendant la durée d’une période T, l’onde parcourt la distance d égale à la longueur d’onde λ.

-  Si v représente la célérité de l’onde, on peut écrire la relation liant ces différentes grandeurs.

-  

-  La longueur d’onde est la distance parcourue par l’onde pendant une période.

-  Une onde progressive périodique possède une double périodicité.

-  Une périodicité temporelle T et une périodicité spatiale λ.

2)- Expérience avec la cuve à ondes.

a)- Le dispositif.

-  Le dispositif est constitué d’une cuve horizontale contenant une faible épaisseur d’eau.

-  Un générateur à fréquence variable met en mouvement un vibreur ce qui crée des ondes qui se propagent à la surface de l’eau.

-  La forme des ondes obtenues dépend de la forme du vibreur.

-  Si le vibreur est une pointe, on obtient des ondes circulaires.

-  Les parois de la cuve sont équipées d’un feutre pour amortir les ondes et éviter le phénomène de réflexion.

-  Un dispositif optique permet de visualiser la surface de l’eau sur un écran vertical.

b)- Observations.

-  En éclairage normal, on observe des rides circulaires claires et sombres qui se propagent à partir de la pointe.

-  En éclairage stroboscopique à une fréquence convenable, on voit des rides circulaires concentriques immobiles.

-  Certaines sont blanches (elles correspondent à des creux), d’autres sont sombres (elles correspondent à des crêtes).

ondecir01.avi

ondepla04.avi

Animation

c)- Interprétation.

-  L’onde progressive périodique possède une périodicité spatiale.

-  Tous les points situés sur une ride vibrent en phase.

-  Les points situés sur deux rides sombres (ou claires) vibrent en phase.

-  Deux rides sombres consécutives sont distantes d’une longueur d’onde λ.

3)- Les ondes sonores.

a)- Expérience.

-  Montage :

-  Le son émis par le haut-parleur est capté par le microphone M.

-  On réalise les deux branchements sur l’oscilloscope.

b)- Exploitation.

-  Quelles sont les deux tensions visualisées à l’oscilloscope ?

-  On règle le G.B.F sur 1000 Hz.

-  Quelles est la fréquence des tensions observées à l’oscilloscope ?

-  Quelles est la fréquence du son capté par le microphone ?

-  Quelles sont les observations que l’on peut faire lorsque l’on éloigne le micro du H.P ?

-  Quelles sont les caractéristiques de l’onde sonore ?

-  Lorsque le micro occupe la position M₁, les deux courbes sont en phase.

-  On déplace le micro jusqu’à ce que les deux courbes soient de nouveau en phase.

-  Le micro occupe la position M₂. Que peut-on dire de la distance M₁ M₂ ? En déduire la vitesse du son dans l’air.

4)- Conclusion.

II- Dispersion et diffraction des ondes.

1)- Dispersion des ondes.

-  Célérité d’une onde périodique à la surface de l’eau :

ondefb.avi

ondefm.avi

ondefh.avi

-  Tableau de valeurs :

-  Un milieu est dispersif si la célérité de l’onde dans le milieu dépend de la fréquence imposée par la source.

-  C’est le cas de la cuve à ondes.

-  La célérité de l’onde progressive périodique dépend de la fréquence de la source.

-  Un milieu est non dispersif si la célérité des ondes dans ce milieu ne dépend pas de la fréquence.

-  Dans le cas d’une cuve à ondes, la célérité des ondes dépend aussi de la profondeur de l’eau.

-  Si la profondeur de l’eau est de 3 mm environ, le phénomène de dispersion est très important.

-  Pour une profondeur de 6 mm environ, la dispersion est minimale.

-  L’air est-il un milieu dispersif pour les ondes sonores ?

-  Le roulement du tonnerre provient du fait que l’air est un milieu dispersif pour des ondes sonores de grande amplitude :

-  les sons graves dans ce cas se propagent moins vite que les sons aigus.

-  Mais l’air n’est pas dispersif pour les ondes sonores habituelles.

-  Tous les sons se propagent à la même vitesse dans l’air.

2)- Diffraction des ondes.

a)-     Mise en évidence du phénomène.

-  Expérience :

-  On produit des ondes rectilignes grâce à la cuve à onde et on observe se qui se passe lorsque ces ondes rectilignes rencontrent une ouverture.

-  Lorsque l’ouverture est grande, les ondes rectilignes sont peu affectées lors du passage de celle-ci.

-  Lorsque l’ouverture devient plus petite, on observe une modification de l’onde rectiligne après le passage de l’ouverture.

-  On a mis en évidence le phénomène de diffraction.

-  Ce phénomène est caractéristique des ondes.

-  L’onde qui arrive sur l’ouverture est appelée : onde incidente et l’onde après l’ouverture est appelée onde réfractée.

-  Lors du passage de l'ouverture ou d'un obstacle de petite dimension l'onde perd de sa directivité.

b)- Influence des dimensions de l’ouverture ou de l’obstacle.

-  Le phénomène de diffraction dépend des dimensions de l’ouverture ou de l’obstacle.

-  Ce phénomène se manifeste si les dimensions de l’ouverture ou d’un obstacle sont du même ordre de grandeur que la longueur d’onde λ.

-  L’onde diffractée a même fréquence et même longueur d’onde que l’onde incidente.

-  Pour une longueur d’onde donnée, le phénomène de diffraction est d’autant plus marqué que la dimension de l’ouverture ou de l’obstacle est plus petite.

-  Schéma :

Fente large 

Fente petite 

III- Applications.

1)- QCM :

2)- Exercices :