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Physique · Paramédical (ISPITS) — Soins infirmiers

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 progressive est le phénomène de propagation d'une perturbation dans un milieu matériel sans transport de matière.
  • Classification :
    • Transversale : direction de la perturbation perpendiculaire à la direction de propagation (ex: corde).
    • Longitudinale : direction de la perturbation parallèle à la direction de propagation (ex: ressort, son).
  • Célérité : $v = \frac{d}{\Delta t}$ où $d$ est la distance parcourue et $\Delta t$ la durée. Elle ne dépend que des propriétés du milieu (élasticité, masse linéique).
  • Retard temporel : Le point $M$ situé à une distance $d$ de la source $S$ subit la même perturbation avec un retard $\tau = \frac{d}{v}$. L'élongation s'écrit : $y_M(t) = y_S(t - \tau)$.

Méthodes à maîtriser

  • Calcul du retard : Identifier la distance entre deux points et utiliser $v$ pour trouver $\tau$.
  • Tracé d'un front d'onde : Savoir représenter l'état de la corde à un instant $t$ donné.
  • Utilisation du graphe : Extraire la valeur de $v$ à partir de la pente d'une droite $d = f(t)$ ou de la lecture d'un retard sur un oscillogramme.

Exemples corrigés

  • Calcul de vitesse : Si une onde parcourt 2m en 0,5s, $v = 2 / 0,5 = 4 , m/s$.
  • Relation temporelle : Si $S$ est à l'origine et $M$ à 10cm, et $v=2m/s$, alors $\tau = 0,1 / 2 = 0,05 , s$. Donc $y_M(t) = y_S(t - 0,05)$.

Erreurs fréquentes

  • Confondre la vitesse de l'onde (célérité) avec la vitesse d'un point du milieu (qui est nulle en moyenne).
  • Oublier de convertir les unités (cm en m, ms en s).
  • Penser que l'onde transporte de la matière (c'est faux, elle transporte de l'énergie).

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

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🎯 Ondes mécaniques progressives

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Une onde mécanique progressive est :

❓ Questions fréquentes

Est-ce que la vitesse de l'onde change si on change l'amplitude de la perturbation ?

Non, la célérité d'une onde mécanique ne dépend que des propriétés physiques du milieu de propagation (masse linéique, tension, température, etc.). Modifier l'amplitude ne change pas la vitesse.

💡 À retenir : La célérité est une caractéristique intrinsèque du milieu.

Kifach n7seb l'vitesse ila 3touni ghir l'graphe dyal l'i3dadi ?
  1. Chouf l'graphe dyal l'i3dadi dyal no9ta $S$ (l'source) et no9ta $M$ (no9ta khra).
  2. 7seb l'retard zamani $\tau$ binahom (l'far9 bin l'bidaya dyal l'ihtizaz dyal $S$ et $M$).
  3. St3mel l'3ala9a $v = \frac{d}{\tau}$, fin $d$ hiya l'masafa bin $S$ et $M$.

💡 À retenir : $v = d / \tau$.

Est-ce que l'onde sonore est une onde transversale ?

Non, l'onde sonore est une onde longitudinale car la perturbation (compression/dilatation de l'air) se fait dans la même direction que la propagation du son.

💡 À retenir : Son = onde longitudinale.

Chno hiya l'far9 bin l'onde mécanique et l'onde lumineuse ?

L'onde mécanique a besoin d'un milieu matériel pour se propager (air, eau, corde), alors que l'onde lumineuse peut se propager dans le vide.

💡 À retenir : Onde mécanique = milieu matériel obligatoire.

Kifach n3ref wach l'wasat moded (dispersif) wla la ?

Un milieu est dispersif si la célérité de l'onde dépend de sa fréquence (ou de sa période). Si tu changes la fréquence et que la vitesse reste la même, le milieu n'est pas dispersif.

💡 À retenir : Milieu dispersif = $v$ dépend de $f$.

Est-ce que les points de la corde se déplacent avec l'onde ?

Non, les points de la corde effectuent seulement un mouvement de va-et-vient autour de leur position d'équilibre. Ils ne se déplacent pas horizontalement avec l'onde.

💡 À retenir : L'onde transporte de l'énergie, pas de la matière.

Comment déterminer le retard temporel sur un oscillogramme ?
  1. Repérer les deux signaux sur l'écran (source et point M).
  2. Mesurer le nombre de divisions horizontales entre deux points homologues (ex: les sommets).
  3. Multiplier ce nombre par la sensibilité horizontale (balayage) en s/div.

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

Est-ce que l'onde s'arrête si elle rencontre un obstacle ?

Non, elle peut être réfléchie, transmise ou absorbée selon la nature de l'obstacle, mais elle ne s'arrête pas par magie.

💡 À retenir : L'onde interagit avec l'obstacle.

Est-ce que la forme de l'onde change pendant la propagation ?

Dans un milieu non dispersif et sans atténuation, la forme de l'onde se conserve. Sinon, elle peut s'amortir ou se déformer.

💡 À retenir : Conservation de la forme = milieu idéal.

Wach l'vitesse katbdel ila zedna f l'frequence ?

Si le milieu est non dispersif, la vitesse ne change pas. Si le milieu est dispersif, la vitesse change. Pour les ondes mécaniques sur une corde, c'est généralement non dispersif.

💡 À retenir : Vérifier si le milieu est dispersif.

Pourquoi dit-on que l'onde est progressive ?

On dit qu'elle est progressive car elle se propage de proche en proche à partir de la source vers toutes les directions accessibles du milieu.

💡 À retenir : Propagation continue.

Comment calculer la distance parcourue par l'onde ?

Il suffit d'utiliser la relation $d = v \times \Delta t$, où $v$ est la célérité et $\Delta t$ la durée de propagation.

💡 À retenir : $d = v \cdot \Delta t$.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Une onde se propage le long d'une corde tendue à la célérité $v = 20 , m/s$. La source $S$ commence son mouvement à $t=0$. Un point $M$ est situé à $d = 4 , m$ de $S$.

  1. Calculer le retard temporel $\tau$ du point $M$ par rapport à $S$.
  2. À quel instant $t_M$ le point $M$ commence-t-il à bouger ?
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Exercice 2

Un signal sonore est émis par une source $S$. Deux microphones $M_1$ et $M_2$ sont placés sur la même droite que $S$ à des distances $d_1 = 0,5 , m$ et $d_2 = 1,5 , m$. Le retard entre les deux signaux reçus est $\Delta t = 3 , ms$. Calculer la célérité du son.

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Exercice 3

Une onde mécanique se propage sur une corde. L'élongation de la source est $y_S(t) = A \sin(100\pi t)$. La célérité est $v = 10 , m/s$. Déterminer l'expression de l'élongation du point $M$ situé à $d = 2 , m$ de $S$.

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