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Physique · Prépa concours post-bac — IAV & ENA Meknès

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 est dite périodique si la perturbation se reproduit identique à elle-même à intervalles de temps égaux.

  • Périodicité temporelle ($T$): C'est la durée minimale au bout de laquelle un point du milieu retrouve le même état de mouvement. $T = \frac{1}{f}$.
  • Périodicité spatiale ($\lambda$): C'est la distance parcourue par l'onde pendant une période $T$. On l'appelle longueur d'onde.
  • Relation fondamentale: $v = \frac{\lambda}{T} = \lambda \cdot f$.
  • Milieu dispersif: Un milieu est dispersif si la célérité $v$ de l'onde dépend de sa fréquence $f$.

Méthodes à maîtriser

  1. Lire un oscillogramme: Déterminer $T$ en comptant les divisions entre deux sommets consécutifs.
  2. Lire un profil d'onde: Déterminer $\lambda$ en mesurant la distance entre deux crêtes successives.
  3. Calculer le retard temporel ($\tau$): Pour deux points $M$ et $N$ distants de $d$, $\tau = \frac{d}{v}$.
  4. Comparer l'état vibratoire: Deux points 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 $\lambda$. Solution: $\lambda = \frac{v}{f} = \frac{20}{50} = 0,4$ m.

Erreurs fréquentes

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

🌉 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 relation $v = \lambda \cdot f$ est valable pour :

❓ Questions fréquentes

Kifach n3ref wach l'wasat moubaddid wla la?

Pour savoir si un milieu est dispersif, il faut vérifier si la célérité $v$ dépend de la fréquence $f$. Si tu changes la fréquence de la source et que la célérité change, alors le milieu est dispersif.

💡 À retenir : Dans un milieu non dispersif, $v$ est constante quelle que soit la fréquence.

Chno hiya l'far9 bin l'moga l'mikanikiya l'mousta3ila o l'mousta3ila l'dawriya?
  1. L'onde progressive est une perturbation unique qui se propage.
  2. L'onde progressive périodique est une répétition régulière de cette perturbation dans le temps et l'espace.

💡 À retenir : La périodicité est la répétition du motif.

Kifach n7seb l'mousafa bin jouj points f nafs l'hala?

Si les deux points sont en phase, la distance $d$ entre eux est un multiple entier de la longueur d'onde : $d = k \cdot \lambda$ avec $k$ un entier naturel.

💡 À retenir : $k$ représente le nombre de longueurs d'onde entre les deux points.

Est-ce que la célérité dépend de l'amplitude de l'onde ?

Non, dans le programme, la célérité d'une onde mécanique ne dépend que des propriétés du milieu de propagation (élasticité, masse linéique, profondeur, etc.), pas de l'amplitude.

💡 À retenir : L'amplitude diminue avec la distance (atténuation), mais la vitesse reste constante.

Comment déterminer la longueur d'onde sur un graphique ?

Il suffit de mesurer la distance entre deux points consécutifs qui vibrent en phase (par exemple, deux sommets successifs ou deux creux successifs).

💡 À retenir : $\lambda$ est la distance parcourue par l'onde en une période $T$.

Quelle est la relation entre la phase et le retard temporel ?

La différence de phase $\Delta \varphi$ entre deux points distants de $d$ est donnée par $\Delta \varphi = \frac{2\pi \cdot d}{\lambda} = \frac{2\pi \cdot \tau}{T}$.

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

Pourquoi la célérité change-t-elle dans l'eau selon la profondeur ?

La célérité dépend des propriétés physiques du milieu. Pour les ondes à la surface de l'eau, la profondeur influence la résistance au mouvement de l'onde.

💡 À retenir : Plus le milieu est "rigide" ou dense, plus la vitesse peut varier.

Est-ce que la fréquence change quand l'onde passe d'un milieu à un autre ?

Non, la fréquence $f$ est imposée par la source et reste inchangée lors du passage d'un milieu à un autre. Seules la célérité $v$ et la longueur d'onde $\lambda$ changent.

💡 À retenir : $f$ est invariante.

Comment calculer le retard temporel tau entre deux points ?

On utilise la formule $\tau = \frac{d}{v}$, où $d$ est la distance entre les deux points et $v$ la célérité de l'onde.

💡 À retenir : $\tau$ est toujours positif.

Qu'est-ce qu'un milieu non dispersif ?

C'est un milieu où la célérité de l'onde est indépendante de sa fréquence. Toutes les ondes (quelles que soient leurs fréquences) se propagent à la même vitesse.

💡 À retenir : $v = \text{constante}$.

Pourquoi dit-on que l'onde est une double périodicité ?

Parce qu'elle est périodique dans le temps (au niveau d'un point donné) et périodique dans l'espace (au niveau d'un instant donné).

💡 À retenir : $T$ pour le temps, $\lambda$ pour l'espace.

Comment tracer le profil d'une onde à un instant t ?

On représente l'élongation $y$ en fonction de la position $x$. On utilise la période spatiale $\lambda$ pour dessiner les motifs répétitifs.

💡 À retenir : Le profil d'onde est une "photo" à un instant précis.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Une source produit une onde sinusoïdale de fréquence $f = 100$ Hz. La célérité est $v = 2$ m/s. 1) Calculer $\lambda$. 2) Deux points $M$ et $N$ sont distants de $d = 3$ cm. Sont-ils en phase ?

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Exercice 2

Un point $S$ vibre à $f = 50$ Hz. L'onde atteint un point $M$ à $d = 10$ cm avec un retard $\tau = 0,02$ s. 1) Calculer $v$. 2) Calculer $\lambda$.

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Exercice 3

Un milieu est dispersif. La relation entre $v$ et $f$ est $v = k \cdot f$ avec $k = 0,05$ m$^2$/s. 1) Exprimer $\lambda$ en fonction de $k$. 2) Calculer $\lambda$ pour $f = 200$ Hz.

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