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Physique · Prépa concours post-bac — CPGE (dossier & entretien)

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 $T$.

  • Périodicité temporelle : $T$ est la plus petite durée au bout de laquelle le mouvement d'un point du milieu se reproduit.
  • Périodicité spatiale (Longueur d'onde $\lambda$) : C'est la distance parcourue par l'onde pendant une période $T$. $\lambda = v \cdot T = \frac{v}{f}$.
  • Relation fondamentale : $v = \lambda \cdot f = \frac{\lambda}{T}$.
  • 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 $y=f(t)$ : Déterminer $T$ (période) par la distance entre deux crêtes successives.
  2. Lire un graphe $y=f(x)$ : Déterminer $\lambda$ (longueur d'onde) par la distance entre deux crêtes successives.
  3. Calculer le retard : $\tau = \frac{d}{v}$ où $d$ est la distance entre deux points.
  4. Calculer la phase : La différence de phase entre deux points distants de $d$ est $\Delta \varphi = \frac{2\pi \cdot d}{\lambda}$.

Exemples corrigés

  • Calcul de $v$ : Si $\lambda = 2\text{ cm}$ et $f = 50\text{ Hz}$, alors $v = 0,02 \times 50 = 1\text{ m/s}$.
  • Calcul de $\tau$ : Pour $d = 10\text{ cm}$ et $v = 2\text{ m/s}$, $\tau = \frac{0,1}{2} = 0,05\text{ s}$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier de convertir les unités (cm en m, ms en s).
  • Confondre la période $T$ (sur un axe temps) et la longueur d'onde $\lambda$ (sur un axe distance).
  • Penser que $v$ change dans un milieu non dispersif si on change $f$.

🌉 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 entre $\lambda$, $v$ et $T$ est :

❓ Questions fréquentes

Kifach n7seb lambda mn l'moun7ana?
  1. Regarde l'axe des abscisses (il doit être en mètres).
  2. Repère deux points consécutifs qui sont dans le même état vibratoire (par exemple deux sommets).
  3. La distance entre ces deux points est égale à $\lambda$.

💡 À retenir : $\lambda$ est une distance, elle s'exprime toujours en mètres (m).

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

💡 À retenir : La célérité dépend uniquement des propriétés du milieu (tension, masse linéique, profondeur).

Chno hiya l'3ala9a bin l'ihtizaz dyal no9ta S w no9ta M?
  1. Le point M reproduit le mouvement du point S avec un retard $\tau$.
  2. L'équation est $y_M(t) = y_S(t - \tau)$.
  3. $\tau = \frac{SM}{v}$.

💡 À retenir : Le point M est toujours "en retard" par rapport à la source S.

Kifach n7seb l'fréquence f mn l'moun7ana?
  1. Identifie la période $T$ sur l'axe des temps (en secondes).
  2. Utilise la formule $f = \frac{1}{T}$.
  3. Le résultat est en Hertz (Hz).

💡 À retenir : $T$ doit être en secondes pour que $f$ soit en Hertz.

Qu'est-ce qu'un milieu dispersif ?

Un milieu est dit dispersif si la célérité de l'onde qui s'y propage dépend de sa fréquence.

💡 À retenir : Dans un milieu dispersif, les ondes de fréquences différentes ne se propagent pas à la même vitesse.

Comment calculer la différence de phase entre deux points ?
  1. Mesure la distance $d$ entre les deux points.
  2. Calcule $\lambda$ si elle n'est pas donnée.
  3. Utilise $\Delta \varphi = \frac{2\pi \cdot d}{\lambda}$.

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

La célérité dépend-elle de l'amplitude de l'onde ?

Non, pour les ondes mécaniques progressives périodiques, la célérité dépend des caractéristiques du milieu et non de l'amplitude de la source.

💡 À retenir : L'amplitude ne modifie pas la vitesse de propagation.

Pourquoi la longueur d'onde diminue-t-elle si la fréquence augmente ?
  1. On a $v = \lambda \cdot f$, donc $\lambda = \frac{v}{f}$.
  2. Si $v$ est constante (milieu non dispersif), alors $\lambda$ et $f$ sont inversement proportionnels.

💡 À retenir : Si $f$ augmente, $\lambda$ diminue pour maintenir $v$ constante.

Quelle est la différence entre onde progressive et onde périodique ?

Une onde progressive est une perturbation qui se déplace. Une onde périodique est une onde progressive dont la perturbation se répète identiquement à intervalles de temps réguliers.

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

Comment savoir si deux points sont en phase ?
  1. Ils sont en phase si la distance qui les sépare est un multiple entier de la longueur d'onde : $d = k \cdot \lambda$ (avec $k$ entier).
  2. Cela signifie que $\Delta \varphi = 2k\pi$.

💡 À retenir : En phase, ils passent par le sommet au même instant.

Est-ce que la célérité change avec la température ?

Oui, dans certains milieux comme l'air, la célérité dépend de la température car elle modifie les propriétés élastiques et inertielles du milieu.

💡 À retenir : La célérité est une caractéristique du milieu à un état donné.

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.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Une corde est excitée par un vibreur de fréquence $f = 100\text{ Hz}$. La célérité de l'onde est $v = 20\text{ m/s}$.

  1. Calculer la longueur d'onde $\lambda$.
  2. Calculer le retard temporel $\tau$ entre deux points distants de $d = 0,5\text{ m}$.
  3. Les deux points sont-ils en phase ?
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Exercice 2

Un haut-parleur émet un son de fréquence $f = 440\text{ Hz}$. La célérité du son dans l'air est $v = 340\text{ m/s}$.

  1. Déterminer la période $T$ de l'onde.
  2. Déterminer la longueur d'onde $\lambda$.
  3. Si on double la fréquence, que devient la longueur d'onde ?
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Exercice 3

Deux points M et N sur une corde sont distants de $d = 40\text{ cm}$. L'onde se propage à $v = 2\text{ m/s}$ avec une période $T = 0,1\text{ s}$.

  1. Calculer $\lambda$.
  2. Calculer la différence de phase $\Delta \varphi$ entre M et N.
  3. Les points sont-ils en phase ?
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