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  • Publié le : 23 novembre 2009
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Chapitre 1 : Les ondes mécaniques progressives

Pré requis :

✓ Formule de la vitesse en fonction de la distance et du temps vu en 2nde et 1ère S

Connaissances et savoir-faire exigibles :

1) Définir une onde mécanique et sa célérité.
2) Définir et reconnaître une onde transversale et une onde longitudinale.
3) Connaître et exploiter les propriétés générales desondes.
4) Définir une onde progressive à une dimension et savoir que la perturbation en un point du milieu, à l’instant t, est celle qu’avait la source au temps t’ = t – τ, τ étant le retard (dans un milieu non dispersif).
5) Exploiter la relation entre le retard, la distance et la célérité. (Exercices)
6) Exploiter un document expérimental (chronophotographies, vidéo) donnant l’aspect de laperturbation à des dates données en fonction de l’abscisse : interprétation, mesure d’une distance, calcul d’un retard et/ou d’une célérité.
7) Exploiter un document expérimental (oscillogrammes, acquisition de données avec un ordinateur…) obtenu à partir de capteurs délivrant un signal lié à la perturbation et donnant l’évolution temporelle de la perturbation en un point donné :interprétation, mesure d’un retard, calcul d’une célérité, calcul d’une distance.

8) Savoir-faire expérimentaux :
Utiliser un dispositif expérimental pour mesurer un retard ou une distance lors de la propagation d’une onde. En particulier utiliser un oscilloscope pour mesurer le retard d’un clap sonore ou d’une salve d’ultrasons.

I Introduction expérimentale :

1) Propagation d’uneonde dans un milieu à une dimension :

a. Le long d’une corde : Expérience et/ou Vidéos 1-2-3
Une corde fixée à une extrémité est excitée brièvement de façon verticale. On aura préalablement repéré un point de la corde et sa position à l’aide d’une règle étalon.
On tend davantage la corde et on recommence l’opération.

Schéma :

Observations :
➢ Le point repéré sur la corde ne s’estpas déplacé au passage de la perturbation.
➢ La perturbation est perpendiculaire à son déplacement.
➢ Si la corde est davantage tendue, alors la perturbation se déplace plus rapidement.

b. Le long d’un ressort : Vidéo 4
Un long ressort est tendu horizontalement sur une table, on comprime manuellement quelques spires à une des extrémités puis on les lâche rapidement.

Schéma :Observations :
La perturbation est parallèle à son déplacement.

2) Propagation d’une onde dans un milieu à deux dimensions : la cuve à onde : Expérience

Un milieu à deux dimensions est par exemple la surface libre d’un fluide.

On perturbe la surface du fluide en son centre par la chute d’une goutte.
Situation :
Vous êtes au bord d’un lac et un enfant a laissé tomber sonballon au milieu du lac. Comment le lui ramené sans se mouiller ? On envoie une pierre devant le ballon, derrière ou dessus ?
On recommence l’opération en plaçant quelques billes de polystyrène sur la surface du liquide (vidéo 9).

Schéma :

Observations :
➢ La perturbation se propage sous forme de rides circulaires centrées sur le point de chute de la goutte.
➢ Alors que l’onpourrait penser que les billes se déplacent horizontalement, elles effectuent un aller-retour quasi vertical au passage de chaque onde.

3) Propagation d’une onde dans un milieu à trois dimensions : le son : Expérience

On place un émetteur à ultrasons et un récepteur face à face. On observe les signaux émis et reçus à l’aide d’un oscilloscope.
On recule le récepteur de l’émetteur (suivantx). On le déplace de côté (suivant y) et verticalement
(suivant z).

Schéma :

Observations :
Même si elle est atténuée, la perturbation émise se déplace dans toutes les directions de l’espace.

II Définitions :

1) Définition d’une onde mécanique (1) :

On appelle onde mécanique le phénomène de propagation d’une perturbation dans un milieu sans transport de...
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