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Physique · Prépa concours post-bac — ISPITS (paramédical)

Ondes mécaniques progressives

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 mécanique est la propagation d'une perturbation dans un milieu matériel sans transport de matière.
  • Célérité : $v = \frac{d}{\Delta t}$, où $d$ est la distance parcourue et $\Delta t$ la durée. Elle dépend uniquement des propriétés du milieu (élasticité, masse volumique).
  • Retard temporel : Le point $M$ situé à une distance $d$ de la source $S$ reproduit le mouvement de $S$ avec un retard $\tau = \frac{d}{v}$.
  • Relation d'élongation : $y_M(t) = y_S(t - \tau)$ pour $t \geq \tau$.
  • Onde transversale : Direction de déformation $\perp$ direction de propagation (ex: corde).
  • Onde longitudinale : Direction de déformation $\parallel$ direction de propagation (ex: ressort, son).

Méthodes à maîtriser

  • Calculer la célérité : Identifier la distance entre deux points et le temps mis par l'onde pour parcourir cette distance.
  • Tracer l'élongation : Décaler le graphe de la source vers la droite d'une valeur $\tau$ sur l'axe des temps.
  • Vérifier la dispersion : Un milieu est dispersif si la célérité dépend de la fréquence (ou de la forme de l'onde).

Exemples corrigés

  • Calcul de retard : Si $v = 20 , m/s$ et $SM = 5 , m$, alors $\tau = \frac{5}{20} = 0,25 , s$.
  • Équation : Si $y_S(t) = A \sin(\omega t)$, alors $y_M(t) = A \sin(\omega (t - \tau))$.

Erreurs fréquentes

  • Confondre célérité de l'onde et vitesse des points du milieu (les points du milieu oscillent, ils ne se déplacent pas avec l'onde).
  • Oublier la condition $t \geq \tau$ dans l'expression de l'élongation.
  • Croire que l'onde transporte de la matière (elle transporte de l'énergie).

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Ondes mécaniques progressives

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Une onde mécanique transporte :

❓ Questions fréquentes

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

Non, dans un milieu non dispersif, la célérité dépend uniquement des propriétés physiques du milieu (élasticité, masse linéique, tension, etc.). L'amplitude n'influence pas la vitesse de propagation.

💡 À retenir : La célérité est une caractéristique du milieu, pas de la source.

Kifach n7seb l'vitesse ila 3tani l'graphe d'une corde ?
  1. Regarde l'axe des abscisses (distance) et l'axe des ordonnées (élongation).
  2. Identifie la position du front d'onde à deux instants différents $t_1$ et $t_2$.
  3. Calcule la distance parcourue $\Delta d = d_2 - d_1$.
  4. Applique $v = \frac{\Delta d}{t_2 - t_1}$.

💡 À retenir : $v = \frac{\Delta d}{\Delta t}$.

Est-ce qu'une onde transporte de l'énergie ?

Oui, une onde mécanique est un mode de transfert d'énergie sans transport de matière. Les points du milieu oscillent mais reviennent à leur position d'équilibre après le passage de l'onde.

💡 À retenir : L'onde transporte de l'énergie, pas de la matière.

Chno hiya l'farq bin l'onde transversale o l'onde longitudinale ?
  1. Onde transversale : La déformation est perpendiculaire à la direction de propagation (ex: corde tendue).
  2. Onde longitudinale : La déformation est parallèle à la direction de propagation (ex: ressort comprimé).

💡 À retenir : Sens de déformation vs sens de propagation.

Est-ce que le milieu influence la célérité ?

Oui, absolument. La célérité dépend de la nature du milieu (solide, liquide, gaz), de sa température, de sa tension (pour une corde) ou de sa masse volumique.

💡 À retenir : Le milieu est le seul maître de la célérité.

Kifach n3ref wach l'milieu modib (dispersif) wla la ?

Un milieu est dispersif si la célérité de l'onde dépend de sa fréquence (ou de sa forme). Si tu changes la fréquence de la source et que la vitesse change, alors le milieu est dispersif.

💡 À retenir : Milieu dispersif = vitesse dépend de la fréquence.

Pourquoi l'onde s'arrête-t-elle à la fin de la corde ?

L'onde s'arrête lorsqu'elle atteint une extrémité. Si l'extrémité est libre ou fixe, il peut y avoir réflexion de l'onde, ce qui crée une onde réfléchie qui repart dans le sens opposé.

💡 À retenir : Une onde se réfléchit sur les obstacles.

Est-ce que tous les points de la corde bougent en même temps ?

Non, les points ne bougent pas en même temps. Chaque point reproduit le mouvement de la source avec un retard temporel $\tau$ proportionnel à sa distance par rapport à la source.

💡 À retenir : $y_M(t) = y_S(t - \tau)$.

Comment calculer le retard temporel tau ?

Il suffit de diviser la distance $d$ entre la source $S$ et le point $M$ par la célérité $v$ de l'onde dans ce milieu : $\tau = \frac{d}{v}$.

💡 À retenir : $\tau = \frac{SM}{v}$.

Est-ce que la forme de l'onde change pendant la propagation ?

Dans un milieu non dispersif, la forme de l'onde se conserve. Dans un milieu dispersif, la forme peut se modifier car les différentes composantes de l'onde ne voyagent pas à la même vitesse.

💡 À retenir : Conservation de la forme = milieu non dispersif.

Est-ce que l'onde peut traverser le vide ?

Non, une onde mécanique nécessite un support matériel (solide, liquide ou gaz) pour se propager. Elle ne peut pas se propager dans le vide.

💡 À retenir : Onde mécanique = milieu matériel obligatoire.

Est-ce que la masse linéique mu d'une corde influence la vitesse ?

Oui, pour une corde tendue avec une force $F$, la célérité est donnée par $v = \sqrt{\frac{F}{\mu}}$. Plus la corde est lourde ($\mu$ grand), plus l'onde se propage lentement. (à vérifier par le professeur)

💡 À retenir : $v = \sqrt{\frac{F}{\mu}}$.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Une onde se propage le long d'une corde tendue à la célérité $v = 10 , m/s$. La source $S$ commence à vibrer à $t=0$ selon l'équation $y_S(t) = A \sin(10\pi t)$. Un point $M$ est situé à $d = 2 , m$ de $S$.

  1. Calculer le retard temporel $\tau$.
  2. Établir l'expression de l'élongation du point $M$.
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Exercice 2

Une onde mécanique se propage sur une corde. À l'instant $t_1 = 0,1 , s$, le front d'onde est à $x_1 = 0,5 , m$. À $t_2 = 0,3 , s$, il est à $x_2 = 2,5 , m$.

  1. Calculer la célérité $v$.
  2. Le milieu est-il dispersif si la fréquence double et que la vitesse reste la même ?
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Exercice 3

Une onde longitudinale se propage dans un ressort. La distance entre deux points successifs de même élongation est $d = 0,4 , m$. Si la fréquence est $f = 5 , Hz$, calculer la célérité.

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