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Physique · Agronomie, vétérinaire & architecture — ENA (architecture)

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 mécanique périodique est une onde dont la source effectue un mouvement périodique.

  • Périodicité temporelle ($T$) : $y_S(t + T) = y_S(t)$. La période $T$ (en s) est imposée par la source.
  • Périodicité spatiale ($\lambda$) : $\lambda = v \cdot T = \frac{v}{f}$. C'est la distance parcourue par l'onde pendant une période.
  • Relation fondamentale : $v = \lambda \cdot f = \frac{\lambda}{T}$.
  • Élongation : $y_M(t) = y_S(t - \tau)$ avec $\tau = \frac{d}{v}$.

Méthodes à maîtriser

  1. Lire un graphique : Savoir identifier $T$ sur un axe des temps (abscisses) et $\lambda$ sur un axe des distances.
  2. Calculer la célérité : Utiliser $v = \frac{d}{\Delta t}$ ou $v = \lambda \cdot f$.
  3. Déterminer le retard : $\tau = \frac{SM}{v}$.
  4. Comparer l'état vibratoire : Deux points sont en phase si $d = k \cdot \lambda$ ($k \in \mathbb{N}^*$).

Exemples corrigés

Exemple : Une onde de fréquence $f = 50$ Hz se propage à $v = 2$ m/s. Calculer $\lambda$ : $\lambda = \frac{v}{f} = \frac{2}{50} = 0,04$ m = 4 cm.

Erreurs fréquentes

  • Confondre l'axe des temps (période $T$) et l'axe des distances (longueur d'onde $\lambda$).
  • Oublier de convertir les unités (ex: cm en m).
  • Penser que la matière se déplace avec l'onde (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 périodiques

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La période d'une onde est de 0,1 s. Sa fréquence est :

❓ Questions fréquentes

Kifach n3ref wach jooj d n9at f nafs l7ala l'ihtizaziya?
  1. Calculer la distance $d$ entre les deux points.
  2. Calculer la longueur d'onde $\lambda$.
  3. Vérifier si $d = k \cdot \lambda$ (avec $k$ un entier). Si oui, ils sont en phase (même état).

💡 À retenir : Si $d = (2k+1)\frac{\lambda}{2}$, ils sont en opposition de phase.

Est-ce que la célérité v change si on change la fréquence f ?

Dans un milieu non dispersif (comme l'air pour le son), la célérité $v$ ne dépend pas de la fréquence $f$. Si tu changes $f$, c'est $\lambda$ qui change pour garder $v$ constante.

💡 À retenir : $v$ dépend uniquement des propriétés du milieu (élasticité, masse volumique).

Chno hiya lfar9 bin lmawja lmotawaliya o lmawja lmotawaliya dawriya?
  1. L'onde progressive est une perturbation unique qui se propage.
  2. L'onde progressive périodique est une succession de perturbations identiques répétées à intervalles de temps réguliers.

💡 À retenir : La périodicité est la répétition du motif.

Kifach n7seb l'élongation d'un point M par rapport à la source S ?
  1. Déterminer le retard temporel $\tau = \frac{SM}{v}$.
  2. Utiliser la relation : $y_M(t) = y_S(t - \tau)$.
  3. Si $t < \tau$, alors $y_M(t) = 0$.

💡 À retenir : Le point M fait exactement ce que la source S a fait $\tau$ secondes avant.

Pourquoi dit-on que l'onde transporte l'énergie et non la matière ?

Parce que les particules du milieu ne font qu'osciller autour de leur position d'équilibre sans se déplacer globalement. Seule la perturbation (l'énergie) se transmet de proche en proche.

💡 À retenir : L'onde est un transfert d'énergie sans transport de matière.

Est-ce que la période T change avec la distance ?

Non, la période $T$ et la fréquence $f$ sont imposées par la source. Elles restent constantes quel que soit le point atteint par l'onde.

💡 À retenir : $T$ est une caractéristique de la source.

Comment identifier une onde transversale d'une onde longitudinale ?
  1. Onde transversale : la direction de la déformation est perpendiculaire à la direction de propagation (ex: corde).
  2. Onde longitudinale : la direction de la déformation est parallèle à la direction de propagation (ex: ressort, son).

💡 À retenir : Regarde le mouvement des points du milieu par rapport à la propagation.

Si la fréquence augmente, est-ce que lambda augmente ou diminue ?

Comme $v = \lambda \cdot f$ et que $v$ est constante (milieu non dispersif), alors $\lambda = \frac{v}{f}$. Si $f$ augmente, $\lambda$ diminue.

💡 À retenir : $\lambda$ et $f$ sont inversement proportionnels.

Qu'est-ce qu'un milieu dispersif ?

C'est un milieu où la célérité de l'onde dépend de sa fréquence (ou de sa longueur d'onde).

💡 À retenir : Dans un milieu dispersif, la forme du signal change au cours de la propagation.

Comment tracer le front d'onde ?

Le front d'onde est la limite de la zone atteinte par l'onde à un instant $t$. Il correspond à l'ensemble des points qui commencent à vibrer.

💡 À retenir : C'est la "tête" de l'onde.

Est-ce que l'amplitude diminue avec la distance ?

Oui, dans la réalité, il y a un amortissement dû à l'absorption d'énergie par le milieu, donc l'amplitude diminue. Cependant, au lycée, on considère souvent une propagation sans amortissement.

💡 À retenir : L'amplitude est constante si on néglige l'amortissement.

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

C'est le mètre par seconde (m/s).

💡 À retenir : Toujours convertir les distances en mètres et les temps en secondes.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Un point M est situé à $d = 10$ cm d'une source S. L'onde a une longueur d'onde $\lambda = 4$ cm.

  1. Le point M est-il en phase avec S ?
  2. Quel est l'état vibratoire de M par rapport à S ?
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Exercice 2

Une source S crée une onde sinusoïdale sur une corde tendue de fréquence $f = 20$ Hz. La célérité est $v = 4$ m/s.

  1. Calculer la période $T$ et la longueur d'onde $\lambda$.
  2. Un point M est situé à $d = 0,5$ m de S. Calculer le retard temporel $\tau$.
  3. Le point M est-il en phase avec S ? Justifier.
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Exercice 3

Une onde se propage à la surface de l'eau. La distance entre deux crêtes successives est de 2 cm. La fréquence est de 10 Hz.

  1. Déterminer la célérité $v$.
  2. Si on double la fréquence, que devient la célérité ?
  3. Quelle est la nouvelle longueur d'onde ?
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