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Physique-Chimie · 2ème Année Bac — Sciences et Technologies Électriques

Les ondes mécaniques progressives périodiques

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

Une onde est dite périodique si elle se reproduit identique à elle-même à intervalles de temps réguliers, appelés période temporelle ($T$).

  • Périodicité temporelle ($T$) : C'est la durée minimale au bout de laquelle un point du milieu de propagation retrouve le même état de mouvement. Unité : seconde ($s$).
  • Périodicité spatiale ($\lambda$) : Appelée longueur d'onde, c'est la distance parcourue par l'onde pendant une période $T$. Unité : mètre ($m$).
  • Relation fondamentale : $v = \frac{\lambda}{T} = \lambda \cdot f$, avec $f = \frac{1}{T}$ (fréquence en Hertz, $Hz$).
  • Double périodicité : L'onde est périodique dans le temps (en un point donné) et dans l'espace (à un instant donné).
  • Milieu dispersif : Un milieu est dispersif si la célérité de l'onde dépend de sa fréquence.

Méthodes à maîtriser

  1. Lire un graphique : Savoir identifier $T$ sur un oscillogramme (axe des temps) et $\lambda$ sur une représentation spatiale (axe des distances).
  2. Calculer la célérité : Utiliser $v = \lambda \cdot f$. Attention aux unités (convertir les $ms$ en $s$ et les $cm$ en $m$).
  3. Déterminer le retard temporel ($\tau$) : Pour deux points $M$ et $M'$ distants de $d$, $\tau = \frac{d}{v}$. Si les points sont en phase, $\tau = k \cdot T$.

Exemples corrigés

  • Calcul de célérité : Une onde a une fréquence $f = 50 , Hz$ et une longueur d'onde $\lambda = 2 , cm$. $v = \lambda \cdot f = 0,02 , m \times 50 , Hz = 1 , m/s$.
  • Condition de phase : Deux points distants de $d = 5 , cm$ avec $\lambda = 2 , cm$. Sont-ils en phase ? $\frac{d}{\lambda} = \frac{5}{2} = 2,5$. Comme ce n'est pas un entier, ils ne sont pas en phase.

Erreurs fréquentes

  • Confondre la période $T$ (temps) et la longueur d'onde $\lambda$ (distance).
  • Oublier les conversions d'unités (ex: $cm$ vers $m$ ou $ms$ vers $s$).
  • Croire que la célérité dépend de l'amplitude de l'onde (elle dépend du milieu).

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Les ondes mécaniques progressives périodiques

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Quelle est l'unité de la fréquence ?

❓ Questions fréquentes

1. C'est quoi la différence entre une onde progressive et une onde périodique ?

Une onde progressive est une perturbation qui se propage dans un milieu. Une onde périodique est un cas particulier où cette perturbation se répète identiquement à intervalles de temps réguliers.

💡 À retenir : Toute onde périodique est progressive, mais l'inverse n'est pas forcément vrai.

2. Kifach n7seb l'elongation d'un point M à un instant t ?

Pour un point M situé à une distance $x$ de la source S, son élongation $y_M(t)$ est égale à l'élongation de la source à l'instant précédent : $y_M(t) = y_S(t - \tau)$, où $\tau = \frac{x}{v}$ est le retard temporel.

💡 À retenir : Le point M subit le même mouvement que la source avec un retard $\tau$.

3. Est-ce que la célérité change si on change la fréquence ?

Dans un milieu non dispersif (comme le son dans l'air), la célérité est constante quelle que soit la fréquence. Dans un milieu dispersif (comme la houle à la surface de l'eau), la célérité dépend de la fréquence.

💡 À retenir : La célérité dépend du milieu, pas de la fréquence (sauf si le milieu est dispersif).

4. Chno hiya l'unité dial la longueur d'onde?

La longueur d'onde $\lambda$ est une distance, donc son unité dans le système international est le mètre ($m$).

💡 À retenir : Toujours convertir les $cm$ ou $mm$ en $m$ avant de calculer la célérité.

5. Pourquoi on dit que l'onde est périodique dans le temps et dans l'espace ?
  1. Dans le temps : Si on fixe un point M, son élongation varie de façon périodique avec la période $T$.
  2. Dans l'espace : Si on prend une "photo" de l'onde à un instant $t$, on voit des motifs qui se répètent sur une distance $\lambda$.

💡 À retenir : $T$ est la période temporelle, $\lambda$ est la période spatiale.

6. Wach la fréquence f katbeddel ila tbeddel l'milieu?

Non, la fréquence $f$ est imposée par la source. Elle reste identique quel que soit le milieu de propagation.

💡 À retenir : La fréquence est une propriété de la source, elle ne change jamais.

7. Kifach n3ref wach deux points sont en phase ou non ?

Deux points M et M' sont en phase si la distance qui les sépare est un multiple entier de la longueur d'onde : $d = k \cdot \lambda$ (avec $k$ un entier naturel).

💡 À retenir : En phase signifie $d = \lambda, 2\lambda, 3\lambda...$

8. C'est quoi un milieu dispersif ?

C'est un milieu où la célérité de l'onde dépend de sa fréquence. Si tu changes la fréquence, la vitesse de l'onde change.

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

9. Comment lire la période T sur un oscillogramme ?
  1. Compte le nombre de divisions horizontales pour un motif complet.
  2. Multiplie par la sensibilité horizontale (base de temps) donnée sur l'appareil.

💡 À retenir : $T = \text{nombre de divisions} \times \text{sensibilité}$.

10. Est-ce que la longueur d'onde change avec le milieu ?

Oui. Comme $v = \lambda \cdot f$ et que $f$ est constante, si la célérité $v$ change en changeant de milieu, alors $\lambda$ doit changer pour compenser.

💡 À retenir : $\lambda = \frac{v}{f}$. Si $v$ change, $\lambda$ change.

11. Quelle est la relation entre le retard temporel et la période ?

Le retard temporel $\tau$ est lié à la période par le rapport $\frac{\tau}{T} = \frac{d}{\lambda}$. Si les points sont en phase, $\tau$ est un multiple de $T$.

💡 À retenir : $\tau = \frac{d}{v}$.

12. Est-ce que l'onde transporte de la matière ?

Non, une onde mécanique transporte de l'énergie sans transporter de matière. Les points du milieu oscillent autour de leur position d'équilibre.

💡 À retenir : L'onde transporte l'énergie, pas les particules du milieu.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Un vibreur crée une onde sinusoïdale à la surface de l'eau avec une fréquence $f = 20 , Hz$. La distance entre 5 crêtes successives est de $8 , cm$.

  1. Calculer la longueur d'onde $\lambda$.
  2. Calculer la célérité $v$ de l'onde.
  3. Déterminer le retard temporel $\tau$ d'un point M situé à $10 , cm$ de la source.
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Exercice 2

Une onde se propage le long d'une corde. La figure montre l'élongation d'un point M en fonction du temps. On mesure $T = 0,04 , s$. La célérité est $v = 5 , m/s$.

  1. Calculer la longueur d'onde $\lambda$.
  2. Deux points A et B sont distants de $d = 0,5 , m$. Sont-ils en phase ? Justifier.
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Exercice 3

Un haut-parleur émet un son de fréquence $f = 440 , Hz$ dans l'air ($v = 340 , m/s$).

  1. Calculer la longueur d'onde $\lambda$.
  2. Si on change la fréquence à $880 , Hz$, la célérité change-t-elle ? Pourquoi ?
  3. Calculer la nouvelle longueur d'onde.
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