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Physique · Prépa concours post-bac — ENSA & ENSAM

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

  • Définition : Une onde est dite périodique si la perturbation se reproduit identique à elle-même à intervalles de temps réguliers $T$.
  • Périodicité temporelle : $T$ est la plus petite durée au bout de laquelle le mouvement d'un point se reproduit. $f = 1/T$ (en Hz).
  • Périodicité spatiale : $\lambda$ est la distance parcourue par l'onde pendant une période $T$. Relation : $\lambda = v \cdot T = v/f$.
  • Célérité : $v = d/\Delta t = \lambda/T = \lambda \cdot f$. Elle dépend uniquement du milieu de propagation.
  • Milieu dispersif : Un milieu est dispersif si la célérité de l'onde dépend de sa fréquence.

Méthodes à maîtriser

  • Lire $T$ sur un oscillogramme (axe des temps).
  • Lire $\lambda$ sur une photographie (axe des distances).
  • Calculer le retard temporel : $\tau = d/v$.
  • Utiliser la relation de phase : $\Delta \phi = \frac{2\pi \cdot d}{\lambda}$.

Exemples corrigés

  • Calcul de $v$ : Si $\lambda = 2\text{ cm}$ et $f = 50\text{ Hz}$, alors $v = 0,02 \times 50 = 1\text{ m/s}$.
  • Retard : Pour deux points distants de $d = 5\text{ cm}$ avec $v = 1\text{ m/s}$, $\tau = 0,05/1 = 0,05\text{ s}$.

Erreurs fréquentes

  • Confondre la période $T$ (en s) et la longueur d'onde $\lambda$ (en m).
  • Oublier de convertir les unités (cm en m, ms en s).
  • Croire que la célérité dépend de l'amplitude de l'onde.

🌉 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 $T$ d'une onde est de 0,1 s. Quelle est sa fréquence ?

❓ Questions fréquentes

Chno hiya l'3alaqa bin l'ta'khor zmani tau o l'tawro phi ?
  1. Le retard temporel est $\tau = d/v$.
  2. La différence de phase est $\Delta \phi = \frac{2\pi \cdot \tau}{T}$.
  3. En remplaçant $\tau$, on obtient $\Delta \phi = \frac{2\pi \cdot d}{\lambda}$.

💡 À retenir : Si $\Delta \phi = 2k\pi$, les points sont en phase.

C'est quoi la différence entre onde mécanique et onde périodique ?
  1. Une onde mécanique est une perturbation qui se propage dans un milieu matériel.
  2. Une onde périodique est une onde dont la source émet des perturbations identiques à intervalles de temps réguliers.
  3. Toute onde périodique est mécanique si elle nécessite un milieu matériel, mais une onde mécanique n'est pas forcément périodique (ex: une impulsion unique).

💡 À retenir : La périodicité est une caractéristique de la répétition du signal, pas de la nature de l'onde.

Kifach n7seb lambda mn l'mbyana (le graphe) ?
  1. Regarde l'axe des abscisses (distance en mètre).
  2. Cherche la distance entre deux crêtes successives ou deux creux successifs.
  3. La valeur lue sur cet axe est directement $\lambda$.

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

Est-ce que la célérité v change si je change la fréquence f ?
  1. Dans un milieu non dispersif (comme l'air pour le son), la célérité $v$ est constante, elle ne dépend pas de $f$.
  2. Dans un milieu dispersif (comme l'eau pour les ondes de surface), la célérité $v$ dépend de la fréquence $f$.

💡 À retenir : Vérifie toujours si l'énoncé précise que le milieu est dispersif.

Kifach n3ref wach noqtayn f nafs l'7ala l'7arakia ?
  1. Deux points sont en phase (même état) si la distance entre eux est un multiple de la longueur d'onde : $d = k \cdot \lambda$ (avec $k$ entier).
  2. Ils sont en opposition de phase si $d = (k + 0,5) \cdot \lambda$.

💡 À retenir : La condition de phase est $d = k\lambda$.

Pourquoi on dit que l'onde transporte de l'énergie et non de la matière ?
  1. Les particules du milieu oscillent autour de leur position d'équilibre mais ne se déplacent pas avec l'onde.
  2. L'énergie est transmise de proche en proche par les interactions entre les particules.

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

Est-ce que la période T dépend de la source ?
  1. Oui, la période $T$ (et la fréquence $f$) est imposée uniquement par la source de l'onde.
  2. Elle ne change pas lors de la propagation, même si l'onde change de milieu.

💡 À retenir : La fréquence est la "signature" de la source.

Comment calculer la vitesse si on a un graphe y(t) ?
  1. Sur le graphe $y(t)$, tu lis la période $T$ (distance entre deux pics temporels).
  2. Si tu connais $\lambda$, utilise $v = \lambda/T$.
  3. Si tu ne connais pas $\lambda$, tu ne peux pas calculer $v$ sans autre information.

💡 À retenir : $v = \lambda/T$ est la formule fondamentale.

Wach l'mouja katbqa nfs l'sr3a ila tbeddel l'milieu ?
  1. Non, la célérité $v$ dépend des propriétés physiques du milieu (densité, élasticité, température).
  2. Si le milieu change, la célérité change, mais la fréquence $f$ reste la même.

💡 À retenir : La fréquence est invariante, la célérité dépend du milieu.

C'est quoi un milieu dispersif ?
  1. C'est un milieu où la vitesse de propagation dépend de la fréquence de l'onde.
  2. Cela signifie que si tu envoies plusieurs fréquences, elles ne voyageront pas à la même vitesse.

💡 À retenir : Milieu dispersif $\implies v = f(\text{fréquence})$.

Comment savoir si deux points sont en opposition de phase ?
  1. Ils sont en opposition de phase si leur élongation est toujours opposée ($y_A(t) = -y_B(t)$).
  2. Mathématiquement, cela correspond à une distance $d = (2k+1)\frac{\lambda}{2}$.

💡 À retenir : Opposition de phase $\implies \Delta \phi = (2k+1)\pi$.

Pourquoi la célérité est-elle plus grande dans les solides que dans les gaz ?
  1. La célérité dépend de la rigidité et de la masse volumique du milieu.
  2. Les solides sont plus rigides (interactions plus fortes entre molécules), ce qui facilite la transmission de l'onde.

💡 À retenir : $v_{solide} > v_{liquide} > v_{gaz}$ (en général).

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Une source ponctuelle crée des ondes circulaires à la surface de l'eau avec une fréquence $f = 20\text{ Hz}$. La distance entre deux crêtes successives est $d = 2\text{ cm}$.

  1. Calculer la période $T$.
  2. Calculer la célérité $v$ de l'onde.
Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 2

Un point M est situé à une distance $d = 10\text{ cm}$ d'une source S. L'onde se propage à $v = 2\text{ m/s}$.

  1. Calculer le retard temporel $\tau$ de M par rapport à S.
  2. Si la fréquence est $f = 50\text{ Hz}$, calculer la différence de phase $\Delta \phi$ entre S et M.
Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 3

Une onde se propage le long d'une corde. La célérité est $v = 10\text{ m/s}$. La source vibre avec une période $T = 0,2\text{ s}$.

  1. Calculer la longueur d'onde $\lambda$.
  2. Deux points A et B sont distants de $d = 3\text{ m}$. Sont-ils en phase ?
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