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

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

  • Périodicité temporelle ($T$) : $y_M(t + T) = y_M(t)$. $T$ est la plus petite durée au bout de laquelle le mouvement se reproduit.
  • Périodicité spatiale ($\lambda$) : $y_M(x + \lambda) = y_M(x)$. $\lambda$ est la distance parcourue par l'onde pendant une période $T$.
  • Relation fondamentale : $v = \frac{\lambda}{T} = \lambda \cdot f$ avec $f = \frac{1}{T}$.
  • Milieu dispersif : Un milieu est dispersif si la célérité $v$ de l'onde dépend de sa fréquence $f$.

Méthodes à maîtriser

  1. Lire un graphe : Savoir identifier $T$ sur un axe des temps et $\lambda$ sur un axe des distances.
  2. Calculer la célérité : Utiliser $v = \lambda \cdot f$.
  3. Déterminer le retard temporel : $\tau = \frac{d}{v} = \frac{d}{\lambda \cdot f}$.
  4. Relation de phase : Deux points $M$ et $N$ distants de $d$ sont en phase si $d = k \cdot \lambda$ (avec $k \in \mathbb{N}^*$).

Exemples corrigés

Exemple : Une onde de fréquence $f = 50$ Hz se propage à $v = 20$ m/s. Calculer $\lambda$ : $\lambda = \frac{v}{f} = \frac{20}{50} = 0,4$ m.

Erreurs fréquentes

  • Confondre l'axe des temps (en ms ou s) et l'axe des distances (en mm ou m).
  • Oublier de convertir les unités (ex: ms en s) avant de calculer $v$.
  • Croire que $v$ dépend de l'amplitude de l'onde (c'est faux).

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Ondes mécaniques progressives périodiques

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La relation entre la période $T$ et la fréquence $f$ est :

❓ Questions fréquentes

Kifach n3ref wach joj noqat f phase wla la ?
  1. Calcule la distance $d$ entre les deux points.
  2. Calcule le rapport $d/\lambda$.
  3. Si $d/\lambda = k$ (nombre entier), ils sont en phase.

💡 À retenir : En phase signifie qu'ils font exactement le même mouvement en même temps.

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

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

💡 À retenir : Seule la perturbation se déplace, pas les particules du milieu.

Pourquoi on utilise souvent des unités du système international ?

Pour éviter les erreurs de calcul dans les formules comme $v = \lambda \cdot f$. Si $\lambda$ est en mètres et $f$ en Hertz, $v$ sera en m/s.

💡 À retenir : Toujours convertir les ms en s et les mm en m avant de calculer.

C'est quoi un milieu dispersif ?

C'est un milieu où la vitesse de l'onde dépend de sa fréquence.

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

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

Oui, à cause de l'amortissement et de l'absorption par le milieu, l'amplitude diminue au cours de la propagation.

💡 À retenir : L'onde perd de l'énergie en s'éloignant de la source.

Comment calculer le retard temporel tau ?
  1. $\tau$ est le temps mis par l'onde pour aller d'un point $M$ à un point $N$.
  2. $\tau = d / v$ où $d$ est la distance $MN$.

💡 À retenir : Le retard temporel est toujours positif.

Est-ce que la fréquence change quand l'onde change de milieu ?

Non, la fréquence est imposée par la source et reste constante quel que soit le milieu traversé.

💡 À retenir : Seules la célérité et la longueur d'onde changent lors d'un changement de milieu.

C'est quoi la double périodicité ?

C'est le fait qu'une onde possède à la fois une périodicité temporelle ($T$) et une périodicité spatiale ($\lambda$).

💡 À retenir : C'est la signature d'une onde mécanique progressive périodique.

C'est quoi la différence entre onde progressive et périodique ?
  1. Une onde progressive est une perturbation qui se déplace dans un milieu.
  2. Si cette perturbation se répète à l'identique au cours du temps, elle devient périodique.

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

Kifach n7seb la longueur d'onde lambda mn l'graphe ?
  1. Regarde l'axe des abscisses (distance).
  2. Cherche la distance entre deux crêtes successives ou deux creux successifs.
  3. La valeur lue est directement $\lambda$.

💡 À retenir : $\lambda$ est la distance entre deux points qui vibrent en phase.

Est-ce que la célérité change si on change la fréquence ?
  1. Dans un milieu non dispersif (ex: corde tendue), la célérité $v$ est constante, elle ne dépend pas de $f$.
  2. Dans un milieu dispersif (ex: eau profonde), la célérité $v$ dépend de $f$.

💡 À retenir : Si $v$ change avec $f$, le milieu est dit dispersif.

Chno hiya l'relation bin T et f ?
  1. $T$ est la période (en secondes).
  2. $f$ est la fréquence (en Hertz).
  3. La relation est $f = 1/T$.

💡 À retenir : Plus la période est grande, plus la fréquence est petite.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Une source ponctuelle crée des ondes circulaires à la surface de l'eau avec une fréquence $f = 20$ Hz. Un point $M$ situé à la distance $d = 10$ cm de la source commence à vibrer avec un retard $\tau = 0,05$ s.

  1. Calculer la célérité $v$ de l'onde.
  2. Calculer la longueur d'onde $\lambda$.
  3. Les points $M$ et $N$ distants de $d' = 5$ cm sont-ils en phase ?
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Exercice 2

Une corde élastique est tendue horizontalement. Une source $S$ crée une onde sinusoïdale de fréquence $f = 50$ Hz. La célérité est $v = 10$ m/s.

  1. Déterminer la période $T$ et la longueur d'onde $\lambda$.
  2. Écrire l'équation du mouvement d'un point $M$ situé à $x = 20$ cm de $S$, sachant que $S$ commence à vibrer à $t=0$ avec une élongation $y_S(t) = A \sin(2\pi f t)$.
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Exercice 3

Un haut-parleur émet un son périodique. On utilise deux microphones pour mesurer la longueur d'onde. On trouve $\lambda = 0,68$ m. La célérité du son dans l'air est $v = 340$ m/s.

  1. Calculer la fréquence $f$ de l'onde sonore.
  2. Si on augmente la fréquence, la longueur d'onde augmente-t-elle ou diminue-t-elle ? Justifier.
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