Ondes mécaniques progressives - Cours 2

Cours N°2 Ondes mécaniques progressives  

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Résumé physique chimie: Ondes mécaniques progressives

1- L’onde mécanique progressive 

1-1 Définitions. 

- Nous appelons une onde mécanique le phénomène de la propagation d’une perturbation dans un milieu matériel élastique, sans transport de la matière.
- L’onde mécanique produit une modification temporaire des propriétés mécaniques du milieu.
- Nous appelons le milieu dans lequel l’onde se propage: milieu de propagation comme: la corde, le ressort, l’eau. 
- Nous appelons le lieu émettant l’onde: la source de l’onde. En général nous le symbolisons par la lettre S.

1-2 L’onde mécanique progressive. 

L’onde mécanique progressive est une succession entretenue des signaux mécaniques qui se propagent dans un milieu supposé infini. Nous pouvons générer une onde mécanique progressive par la vibration entretenue d’une source.

1-3 Onde transversale- Onde longitudinale.

a- Une onde est transversale lorsque la direction de la déformation (ou perturbation) et la direction de la propagation de l’onde sont perpendiculaires.
b- Une onde est longitudinale lorsque la direction de la déformation (ou perturbation) et la direction de la propagation de l’onde ont la même direction.

1-4 L’onde sonore

Le son est une onde mécanique (il ne se propage pas dans le vide), sa propagation nécessite la présence d’un milieu matériel élastique (les gaz, les liquides et les corps solides).
Les ondes sonores sont des ondes longitudinales caractérisées par des fluctuations de densité et de pression.
L’onde sonore se propage grâce à une compression immédiatement suivie d’une dilatation des couches du milieu de propagation (par exemple les couches de l’air).

2- Propriétés générales des ondes

2-1 Direction de propagation d’une onde

Une onde se propage, à partir de sa source, dans toutes les directions qui lui sont offertes. Nous distinguons ainsi les ondes à une, deux ou trois dimensions:
a- Onde à une dimension: La propagation a lieu dans une seule direction (mais éventuellement dans les deux sens). C’est le cas, par exemple, de l’onde se propageant le long d’une corde.
b- Onde à deux dimensions: La propagation a lieu dans un plan (milieu bidimensionnel). C’est le cas de l’onde engendrée à la surface de l’eau lorsqu’on y jette une pierre.
c- Onde à trois dimensions: La propagation a lieu dans l’espace à trois dimensions. C’est le cas d’une onde sonore.

2-2 Transfert d’énergie sans transport de matière

La propagation d’une onde mécanique progressive dans un milieu quelconque est accompagnée par le transfert de l’énergie sans transport de la matière. L’exemple ci-contre illustre ces propriétés. Au passage de l’onde le bateau s’élève son énergie potentielle augmente mais le bateau reste à la même abscisse. Remarque: à cause de frottements divers, l’énergie transportée diminue au cours de la propagation de l’onde, cela se traduit par une diminution de l’amplitude dans la direction de la propagation.

2-3 Superposition de deux ondes mécaniques

Deux ondes se propageant dans le même milieu peuvent se croiser sans se perturber mutuellement. Elles se superposent dans la zone où elles se rencontrent et continuent de se propager.

3- Célérité de propagation d’une onde

3-1 Définition

La Célérité d’une onde dans un milieu est la vitesse de déplacement de la perturbation. Elle est donné par la relation suivante:`V=\frac{d}{\Delta t}` telles que:
- V est la célérité de l’onde (`m.s^{-1}`).
- d est la distance parcourue (m).
- `\Delta t` est la durée du parcours (s).

3-2 facteurs influençant la célérité de propagation

Pour un milieu homogène, la célérité d’une onde est constante et indépendante de la forme de la perturbation. Tandis qu’elle dépend de la nature du milieu : son élasticité, son inertie et de sa température.
a- Influence de l’élasticité du milieu:
La célérité d’une onde augmente avec l’élasticité du milieu de propagation. Exemple: La célérité d’une onde le long d’une corde augmente avec l’augmentation de sa tension.
b- Influence de l’inertie du milieu:
- L’inertie d’un milieu ou d’un système représente la résistance que ce milieu ou ce système oppose lorsqu’on cherche à le mettre en mouvement. Par exemple, l’inertie d’une corde est représentée par sa masse linéique (masse par unité de longueur).
- La célérité d’une onde dans un milieu dépend de son inertie. Plus l’inertie du milieu est grande et plus la célérité de l’onde se propageant dans ce milieu est faible.