Ondes mécaniques

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Les ondes mécaniques progressives

Ondes mécaniques progressives à l’échelle macroscopique


Une onde mécanique progressive est le phénomène de propagationd’une perturbation dans un milieu matériel élastique, sans transport de matière, mais avec transport d’énergie.

 

La position d’un point du milieu matériel est repérée par son élongation. L’élongation maximale est l’amplitude de l’onde.

 

Ondes mécaniques progressives à l’échelle microscopique

Une onde mécanique progressive est la manifestation macroscopique de la modification des interactions microscopiques entre les entités du milieu matériel. Écartées de leur position d’équilibre, elles sont soumises à des interactions qui se propagent de proche en proche.

 

Célérité d’une onde

La célérité d’une onde dépend du milieu matériel dans lequel l’onde se propage. La célérité v d’une onde est la valeur de sa vitesse de propagation. C’est le rapport entre la distance d de propagation de l’onde et la durée Δt de propagation :

 

Les ondes mécaniques périodiques

Double périodicité d’une onde périodique

Une onde est périodique lorsque la perturbation se reproduit dans le temps et dans l’espace.

 

La période temporelle T d’une onde périodique, appelée simplement période, est la plus petite durée au bout de laquelle la perturbation se répète.

La période spatiale λ d’une onde périodique, appelée longueur d’onde, est la plus petite distance, qui sépare deux points du milieu matériel dans le même état.

 Relation entre période, longueur d’onde et célérité

Une onde périodique de célérité v parcourt une distance égale à une longueur d’onde λ pendant une durée égale à une période T :

 

Onde mécanique sinusoïdale

Une onde est sinusoïdale lorsque l’élongation de tout point du milieu de propagation est une fonction sinusoïdale du temps. Elle est caractérisée par sa période et par son amplitude (élongation maximale).

 

Exercices

Le poisson clown

Le poisson-clown partage avec la morue, le grondin ou le Saint-Pierre la capacité d’émettre des sons comme l’attestent les recherches d’E. Parmentier, enseignant à l’Université de Liège. La cohabitation entre poisson-clown et anémone est illustrée dans le film d’animation Le monde de Nemo dans lequel Marin, le poisson-clown père, communique avec Nemo, son fils, en émettant des sons.

1. La période d’un son émis par Marin est égale à 3,5 ms. Vérifier que le son émis appartient au domaine des sons audibles par les humains.

2. La longueur d’onde du son émis est égale à 5,32 m. En déduire la célérité du son émis par Marin dans l’océan.

3. Une anémone est située à une distance d égale à 5 m de Marin. Le son émis par Marin est reçu avec un retard Δt = 12 ms par Nemo. La célérité du son est supposée constante. Nemo peut-il être caché dans l’anémone ?

Qui capte en premier ?


Lors d’un spectacle de natation synchronisée, deux nageuses perçoivent le son d’un même haut-parleur en partie immergé dans de l’eau. Ce haut-parleur émet un son reçu par la nageuse placée dans l’air et par la nageuse située dans l’eau. Les deux nageuses sont placées à la même distance d du haut-parleur.

1. Quelle nageuse perçoit le son en premier ?

2. La durée séparant la détection du son par les deux nageuses est notée Δt. Exprimer cette durée Δt en fonction des célérités du son dans l’eau et dans l’air et de la distance d.

3. Calculer cette durée lorsque d = 10,0 m.

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