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Objectifs : Répondre aux questions - que transporte une onde ? - comment se tra

Objectifs : Répondre aux questions - que transporte une onde ? - comment se transmet la perturbation ? - quelles différences y a-t-il entre le déplacement d’une onde et d’un mobile ? Introduire les notions de retard, vitesse et étudier le comportement du milieu. I) Que transporte une onde mécanique ? 1) L’onde transporte une information : Le signal qui transporte l’information est caractérisé par sa durée τ , sa forme et son amplitude a. L’information peut être un déplacement, une pression….. La déformation se propage le long de la corde en soulevant successivement chaque point du milieu. Un point du milieu n’est affecté par l’onde qu’après un retard ∆t par rapport à la source, et pendant une durée τ . La déformation peut être : (à montrer) - transversale (perpendiculaire à la direction de propagation) : corde, onde sismique de type S… - longitudinale (parallèle à la direction de propagation) : ressort, son, onde sismique de type P… - de torsion : ondoscope ou échelle de perroquet L’onde qui se propage à la surface de l’eau est une composition de signaux longitudinaux et transversaux. 2) L’onde transporte de l’énergie : Lors de la chute des dominos l’énergie (potentielle puis cinétique) se propage de proche en proche, de même que l’onde sonore transporte de l’énergie convertie en électricité par le module musical. En supposant les pertes négligeables l’énergie transportée se conserve mais son amplitude dépend de la nature de la propagation. A A A 1 dimension 2 dimensions 3 dimensions t t t L’amplitude diminue par effet de dilution sur une surface de plus en plus grande. 3) L’onde ne transporte pas de matière à grande échelle: Marchand Philippe Lycée F.DAGUIN Mérignac Séance n°2 : Comportement générique des ondes Chute en cascade de dominos E Tube de verre R module Emetteur US musical La corde n’avance pas. Les spires du ressort comprimé avancent un peu puis reviennent à leur position initiale. Les dominos se déplacent mais à petite échelle. Des bouchons placés sur l’eau ne se déplacent pas sous l’effet du passage de l’onde. L’intérêt des ondes est donc directement lié à la possibilité de transporter une information et de l’énergie en faisant l’économie d’un transport de matière. II) Mode de propagation Pour se déplacer une onde mécanique doit traverser un milieu constitué d’atomes ou de molécules. Ces atomes ou molécules étant en interaction entre eux, le déplacement initial causé lors de la création de l’onde se propage ainsi de proche en proche et de l’énergie est transférée d’un atome à l’autre. Tous les milieux ne sont pas également aptes à transmettre des signaux. Le milieu doit avant tout être élastique. - Les solides transmettent les ébranlements transversaux et longitudinaux car, du fait de la grande cohésion entre atomes, le déplacement de l’un d’entre eux affecte les voisins dans toutes les directions. - Les gaz transmettent uniquement les ébranlements longitudinaux du fait qu’une molécule en déplacement n’affecte que celles qui sont dans sa direction de déplacement. La perturbation et donc l’onde se propagent à grande distance, sans déplacement de matière à grande échelle. Comparaison déplacement Onde / Mobile : Onde mécanique 1, 2 ou 3 dimensions Elevée Potentielle, cinétique non Oui sans affectation Propagation Vitesse Energie Transport de matière Peuvent se croiser Mobile 1 dimension Assez limitée Cinétique oui non III) Facteurs caractéristiques de la propagation : 1) Durée du signal : Durée τ que met le point source pour reprendre sa position initiale 2) Retard par rapport à la source : Durée ∆t que met le front du signal pour atteindre un point M du milieu de propagation. Le point M reproduit le mouvement du point source S avec un retard qui dépend de la position xM et de la vitesse V de l’onde 3)Vitesse de propagation : Marchand Philippe Lycée F.DAGUIN Mérignac La vitesse de l’onde est donnée par la relation V= xM / ∆t On montrera expérimentalement que pour un signal de faible amplitude cette vitesse : - Ne dépend pas de la forme du signal (donc du manipulateur) - Dépend de la nature du signal (Ondes sismiques longitudinales P plus rapides que les ondes transversales S). - Dépend des constantes physiques (Température, pression, masse volumique) du milieu et de ses propriétés mécaniques (tension, élasticité) Expériences possibles : - Cordes de masses linéiques différentes, plus ou moins tendues V=√(F/µ) - Vitesse comparée des ultrasons dans l’air et dans l’eau (dispositif Electrome avec deux transducteurs dont l’un est immergé dans l’eau) IV) Mouvement d’un point du milieu de propagation : ( en classe ou en TP avec le logiciel) 1) Cas d’un seul signal : Connaissant la durée τ du signal, la position xM du point (xS=0) et la vitesse V de l’onde : - Construire le graphique représentant l’élongation yS = f(t) du point source en fonction du temps ainsi que yM= f(t) pour le point M. yS yM M S t t Maquette didactique de démonstration réalisée en bois avec deux cales différentes, une chaîne de billes et deux billes en translation verticale simulant le mouvement du point M 2) Cas de deux signaux qui se croisent :(logiciel de simulation et échelle de perroquet filmée) Marchand Philippe Lycée F.DAGUIN Mérignac uploads/Geographie/ comportement-generique-des-ondes.pdf