les ondes

Pages: 19 (4532 mots) Publié le: 27 octobre 2014
1re B et C

7 Ondes et lumière

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Chapitre 7: Ondes et lumière
1. Propagation d’une onde mécanique
a) Signal et onde
Un signal mécanique est une déformation de courte durée d’un milieu élastique. Cette
déformation ne reste pas localisée à l’endroit où elle est produite, mais elle se déplace dans le
milieu élastique: elle se propage. Après le passage du signal le milieu reprend sonétat initial.
Le point de départ du signal est la source; la direction et le sens dans lesquels il se déplace
constituent la direction et le sens de propagation.

Si, lors du passage de la déformation, les différents points du milieu se déplacent
perpendiculairement à la direction de propagation, la déformation est un signal transversal.
Si, lors du passage de la déformation, les différentspoints du milieu se déplacent dans la
direction de propagation, la déformation est un signal longitudinal.
Une onde est une série de signaux qui se suivent à des intervalles de temps réguliers; elle
peut être transversale ou longitudinale.
Exemples :
 Ondes transversales : Ondes à la surface d’un liquide, ondes séismiques, cordes des
instruments de musique, …, ondes électromagnétiques (nenécessitent pas de milieu
matériel)


Ondes longitudinales : ondes sonores, ondes séismiques,…

1re B et C

7 Ondes et lumière

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b) Célérité
On appelle célérité c la vitesse de propagation d’un signal ou d’une onde.

Propriétés:
*

Nous ne traiterons que des cas où la célérité ne dépend pas de la forme du signal.

*

Dans un milieu homogène donné la célérité est constante.*

Pour atteindre le point M, l’onde met un temps t tel que OM = x = ct.
Le point M reproduit le mouvement de la source S avec un retard
x
t 
c
Le mouvement de M à la date t est identique au mouvement de S à la date (t  t).

*

Dans un milieu homogène à 2 ou 3 dimensions, la célérité est la même dans toutes les
directions.

*

La célérité dépend de la nature et de l’état dumilieu de propagation.

*

Le long d’une corde tendue, la célérité augmente avec la tension FT de la corde et diminue
avec la masse linéaire  (ou masse linéique = masse par unité de longueur) suivant la
relation:

c

FT


avec  

m
L

(L = longueur de la corde ; m = masse de la corde)

Signal

Milieu de propagation

Célérité en m/s

Son

air à 0°C

330,7(ondes longitudinales se propageant
à travers un milieu matériel

air à 20°C
air à 40°C

342,6
354,1

élastique)

eau de mer à 15°C
acier (ondes transversales)

1500
3240

acier (ondes longitudinales)
hydrogène à 20°C

5880
1300

Lumière
(ondes transversales se propageant

vide
eau

c
0,75 c

aussi à travers le vide

verre ordinaire

0,66 c

1re B et C

7 Ondeset lumière

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c) Propagation d’une onde sinusoïdale (harmonique) le long d’une corde. Longueur
d’onde 
Supposons que le mouvement de la source S soit sinusoïdal de période T.

Pour comprendre comment la corde se déforme progressivement, il est commode de la
représenter à différentes dates:
*

t = 0: la source commence son mouvement vers le haut;

*

t = T/4: la source a fait unquart d’oscillation; le front d’onde atteint le point M1, tel que
T
OM1  c 
4

*

t = T/2: la source a fait une demi-oscillation; le front d’onde atteint le point M2, tel que
T
OM 2  c 
2

*

t = T: la source a effectué une oscillation complète; la déformation atteint une longueur de
corde qu’on appelle longueur d’onde :   c  T

La longueur d’onde  est la distanceparcourue par l’onde en une période T.
Elle dépend à la fois de T, donc de la source, et de c, donc du milieu de propagation.

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7 Ondes et lumière

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d) Double périodicité du phénomène de propagation
*

Périodicité dans le temps: Un point M donné du milieu exécute, comme la source, une
vibration sinusoïdale qui se reproduit identiquement à
elle-même après le temps T: T...
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