Onde mécanique périodiques

Onde mécanique progressive

On appelle onde mécanique le phénomène de propagation de proche en proche d'une perturbation locale dans un milieu matériel, sans transport de matière. La caractéristique principale de l'onde progressive étant que la perturbation se retrouve identique à elle-même un peu plus loin un peu plus tard. Il faut pour cela que le milieu de propagation soit de dimension infinie ou à tout le moins très grande ; dans le cas contraire il s'établit une onde stationnaire.

Lors de la propagation d'une onde mécanique, il y a un « transport d'énergie sans transport de matière » ; cela signifie simplement que l'intensité de la perturbation peut s'exprimer sous la forme d'une énergie. Par exemple, si l'on met de l'air sous pression dans un tube, on peut exprimer cette compression sous la forme d'une énergie élastique ; si l'on transporte le tube, on a donc un « transport d'énergie avec transport de matière ». Mais si l'on crée une surpression locale (par exemple en ouvrant brutalement le tube), alors cette surpression va se propager, mais sans créer de vent ; l'air sera resté sur place mais la pression se sera déplacée, on a donc un « transport d'énergie sans transport de matière ».

Célérité

La célérité d'une onde est une propriété du milieu de propagation. Tout point du milieu de propagation reproduit avec un certain retard la perturbation imposée par la source.

$v= \frac{d}{t}$
Dans le système international :

• v, célérité de l'onde en mètre par seconde (m/s)
• d, distance parcourue par l'onde en mètre (m)
• t, temps pendant lequel l'onde a parcourue la distance d en seconde (s)

Les ondes progressives périodiques

Une onde mécanique périodique est une onde mécanique dont le mouvement de la source est périodique, c'est-à-dire qu'il se répète au bout du temps T, la période.

Exemple d'une corde : On bouge une corde toutes les x secondes
Ici, T = x On mesure la période en seconde
Cette période est la plus petite durée au bout de laquelle un point de cette corde subit la même déformation. La période est liée à la fréquence par la formule F = 1 / T

Schéma longueur d’onde

La déformation peut être la même sur deux points de la corde, on dit alors que ces deux points sont en phase. Si l'on mesure l'écart entre deux points en phase les plus proches, on obtient la longueur d'onde λ. Deux points vibrant en phase sont séparés d'une distance multiple entier de la longueur d'onde.

Il existe un rapport entre la longueur d'onde λ, la période T et la vitesse de propagation v des ondes mécaniques périodiques, il s'agit de λ = v * T

On associe également à chaque point de la corde une fréquence de vibration notée f qui s'exprime en hertz : λ = v / f

Ondes transversales et ondes longitudinales

Ondes transversales

Une onde transversale est provoquée par une perturbation dont la direction est perpendiculaire à la direction de propagation de l'onde. C'est le cas notamment d'une onde à la surface de l'eau. Le mouvement d'une corde tendue est quant à lui une onde stationnaire transversale.

Ondes longitudinales

Une onde longitudinale est provoquée par une perturbation dont la direction est parallèle à la direction de propagation de l'onde.

exemples :

• onde produite par le relâchement brutal d'un élastique étiré
• propagation d'une onde sur un ressort tendu.
• propagation d'un son dans l'air

Exemple d'ondes mécaniques

• Son
• Onde sismique
• Corde vibrante
• Onde stationnaire dans un tuyau

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