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Physique-Chimie · BTS & DUT (EST) — BTS

Ondes mécaniques progressives

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

  • Définition : Une onde mécanique est le phénomène de propagation d'une perturbation dans un milieu matériel sans transport de matière.
  • Relation célérité-distance : $v = \frac{d}{\Delta t}$ où $v$ est la célérité ($m/s$), $d$ la distance ($m$) et $\Delta t$ le retard ($s$).
  • Longueur d'onde : $\lambda = v \cdot T = \frac{v}{f}$. C'est la distance parcourue par l'onde pendant une période $T$.
  • Retard temporel : Le point $M_2$ reproduit le mouvement du point $M_1$ avec un retard $\tau = \frac{M_1M_2}{v}$. L'élongation s'écrit : $y_{M_2}(t) = y_{M_1}(t - \tau)$.
  • Milieu dispersif : Un milieu est dispersif si la célérité de l'onde dépend de sa fréquence.

Méthodes à maîtriser

  • Calcul de la célérité : Identifier la distance entre deux points et le retard temporel sur un oscillogramme.
  • Relation de phase : Savoir que deux points sont en phase si $d = k \cdot \lambda$ et en opposition de phase si $d = (2k+1) \frac{\lambda}{2}$.
  • Lecture graphique : Extraire la période $T$ (période temporelle) et la longueur d'onde $\lambda$ (période spatiale).

Exemples corrigés

  • Calcul de $\lambda$ : Si $v = 340 , m/s$ et $f = 440 , Hz$, alors $\lambda = \frac{340}{440} \approx 0,77 , m$.
  • Retard : Pour deux points distants de $d = 2 , m$ avec $v = 10 , m/s$, $\tau = \frac{2}{10} = 0,2 , s$.

Erreurs fréquentes

  • Confondre la période temporelle $T$ (en secondes) et la longueur d'onde $\lambda$ (en mètres).
  • Oublier de convertir les unités (ex: $ms$ en $s$, $cm$ en $m$).
  • Croire qu'il y a transport de matière alors que seule l'énergie se propage.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Ondes mécaniques progressives

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La célérité d'une onde mécanique dépend de :

❓ Questions fréquentes

Quelle est la différence entre une onde transversale et longitudinale ?
  1. Une onde est transversale si la direction de la déformation est perpendiculaire à la direction de propagation (ex: corde).
  2. Une onde est longitudinale si la direction de la déformation est parallèle à la direction de propagation (ex: ressort, son).

💡 À retenir : La distinction repose uniquement sur l'orientation de l'élongation par rapport à la propagation.

Kifach n7seb l'masafa bin jowj no9at f nafs l'hala l'ihtizaziya ?
  1. Les points sont en phase si la distance $d$ est un multiple entier de la longueur d'onde.
  2. La formule est $d = k \cdot \lambda$ avec $k \in \mathbb{N}^*$.

💡 À retenir : $k$ est un nombre entier, donc $d$ doit être un multiple de $\lambda$.

Est-ce que la célérité d'une onde dépend de l'amplitude de la perturbation ?

Non, dans un milieu non dispersif, la célérité dépend uniquement des propriétés physiques du milieu (élasticité, masse linéique, température, etc.) et non de l'amplitude.

💡 À retenir : L'amplitude influence l'énergie transportée, pas la vitesse.

Chno hiya l'3ala9a bin l'mowja l'mowtaliya l'jawriya o l'mowja l'mowtaliya l'dawriya ?

Une onde est dite périodique si elle est le résultat d'une source en mouvement périodique. Si elle est sinusoïdale, on parle d'onde progressive sinusoïdale.

💡 À retenir : La périodicité temporelle est imposée par la source.

Comment déterminer la longueur d'onde à partir d'une photographie ?
  1. Mesurer la distance entre deux crêtes successives sur la photo.
  2. Utiliser l'échelle donnée pour convertir cette distance en mètres.

💡 À retenir : $\lambda$ est la distance entre deux points consécutifs ayant le même état vibratoire.

Kifach n3ref wach l'wasat modad (dispersif) wla la ?
  1. Un milieu est dispersif si la vitesse de l'onde change quand on change la fréquence de la source.
  2. Si $v$ est constante quelle que soit $f$, le milieu n'est pas dispersif.

💡 À retenir : La dispersion est une propriété du milieu, pas de l'onde.

Le retard temporel tau peut-il être négatif ?

Non, le retard $\tau$ est toujours positif ou nul car il représente le temps nécessaire à l'onde pour parcourir la distance entre deux points.

💡 À retenir : $\tau = \frac{d}{v} \ge 0$.

Quelle est l'unité de la célérité dans le système international ?

L'unité est le mètre par seconde ($m/s$ ou $m \cdot s^{-1}$).

💡 À retenir : Toujours convertir les distances en $m$ et le temps en $s$ avant le calcul.

Est-ce que la fréquence change lors de la propagation ?

Non, la fréquence d'une onde est imposée par la source et reste constante quel que soit le milieu traversé.

💡 À retenir : La fréquence $f$ est une caractéristique de la source.

Pourquoi dit-on qu'il n'y a pas transport de matière ?

Parce que chaque point du milieu ne fait qu'osciller autour de sa position d'équilibre sans se déplacer globalement avec l'onde.

💡 À retenir : Seule l'énergie est transférée d'un point à un autre.

Quelle est la relation entre la période T et la fréquence f ?

La relation est $T = \frac{1}{f}$ avec $T$ en secondes ($s$) et $f$ en Hertz ($Hz$).

💡 À retenir : $T$ et $f$ sont inversement proportionnels.

Comment calculer la célérité si on connaît lambda et T ?

On utilise la formule $v = \frac{\lambda}{T}$ ou $v = \lambda \cdot f$.

💡 À retenir : C'est la formule fondamentale pour relier les grandeurs spatiales et temporelles.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Une onde se propage le long d'une corde tendue avec une célérité $v = 20 , m/s$. La source $S$ commence à vibrer à $t=0$ avec une fréquence $f = 50 , Hz$.

  1. Calculer la période $T$ et la longueur d'onde $\lambda$.
  2. Déterminer le retard temporel $\tau$ d'un point $M$ situé à $d = 0,5 , m$ de $S$.
  3. Écrire l'expression de l'élongation du point $M$ sachant que $y_S(t) = a \sin(2\pi f t)$.
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