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LES ONDES Physique Secondaire 3 Regroupement 1 page 1.61 Il existe plusieurs ty

LES ONDES Physique Secondaire 3 Regroupement 1 page 1.61 Il existe plusieurs types d'ondes, par exemple le son, la lumière et les vagues. De plus, il existe de nombreux phénomènes que l'on peut représenter sous forme d'ondes, par exemple le mouvement d'un pendule ou d'une masse suspendue à un ressort. Une onde est une perturbation qui produit un transfert d'énergie d'un endroit à l'autre. On peut classer les ondes en deux catégories selon qu'elles nécessitent un milieu ou non. Une onde mécanique comme le son nécessite un milieu alors qu'une onde électromagnétique comme la lumière n'en nécessite pas et peut donc traverser le vide. On peut également classer les ondes selon le sens de mouvement. Le mouvement des ondes transversales est perpendiculaire à la perturbation. Dans le diagramme ci-dessous, les particules du milieu vibrent de haut en bas alors que la perturbation avance de gauche à droite. Les ondes électromagnétiques sont un exemple d'ondes transversales. Les champs magnétique et électrique qui engendrent les ondes électromagnétiques sont perpendiculaires l'un à l'autre et au sens du mouvement des ondes. Le mouvement des ondes longitudinales est parallèle à la perturbation. Dans le diagramme ci-dessous, les particules du milieu vibrent de gauche à droite tout comme la perturbation qui avance de gauche à droite. Malgré leurs différences sur le plan physique, les ondes transversales et longitudinales ont deux caractéristiques importantes en commun, soit l'amplitude et la longueur d'onde. Cela dit, on peut représenter les deux par le même modèle mathématique. ANNEXE 1 : Les ondes – Renseignements pour l'enseignant Bloc A mouvement de l’onde mouvement du milieu crête creux amplitude amplitude longueur d’onde (λ) longueur d’onde (λ) mouvement de l’onde raréfaction compression mouvement du milieu LES ONDES Physique Secondaire 3 Regroupement 1 page 1.62 Les ondes transversales sont composées de deux éléments clé : les crêtes, qui sont les régions au-dessus de l'axe d'équilibre, et les creux, qui sont les régions sous l'axe d'équilibre. Les crêtes sont entraînées par des impulsions positives alors que les creux sont entraînés par des impulsions négatives. Les ondes longitudinales sont également composées de deux éléments clé : les compressions, qui sont les régions où les particules sont rapprochées, et les raréfactions, qui sont les régions où les particules sont éloignées. Les compressions sont des zones de haute pression alors que les raréfactions sont des zones de basse pression. Les ondes transversales et longitudinales ont plusieurs caractéristiques en commun : • Une particule du milieu effectue un cycle lorsqu'elle fait un tour complet. Un cycle d'une onde transversale comprend une crête et un creux. Un cycle d'une onde longitudinale comprend une compression et une raréfaction. • L'amplitude d'une onde consiste en la distance maximale franchie par les particules du milieu dans l'un ou l'autre des deux sens à partir de la position de repos. L'amplitude équivaut à un quart de cycle. L'amplitude d'une onde idéale est constante, car elle ne cède aucune énergie à son milieu. L'amplitude des autres ondes diminue en fonction de la perte d'énergie. • La longueur d'onde est constante pour une onde donnée dans un milieu homogène. La longueur d'onde consiste en la distance entre points homologues de deux cycles consécutifs. Son symbole est la lettre grecque lambda (λ). La longueur d'onde est généralement mesurée en mètres. • La fréquence de l'onde est le nombre de cycles par seconde. Son symbole est f. On mesure la fréquence en hertz (Hz) ou en s-1. • La période est la durée d'un cycle. Son symbole est T. On mesure la période en secondes, minutes, heures ou ans. ANNEXE 1 : Les ondes – Renseignements pour l'enseignant (suite) Bloc A La période est la réciproque de la fréquence. Les for- mules ci-dessous permettent de transformer la période en fréquence et vice versa : f T 1 = T f 1 = LES ONDES Physique Secondaire 3 Regroupement 1 page 1.63 1. Classe les mouvements ci-dessous comme vibration longitudinale ou transversale. - la vibration d'un tremplin; - un enfant qui saute verticalement sur un trampoline; - le pendule d'une horloge; - les amortisseurs d'une voiture qui se compriment sur une route cahoteuse. 2. Une onde longitudinale possède des _______________________, soit des régions où les particules sont ___________________ et des ______________________, soit des régions où les particules sont ______________________. 3. Une onde transversale possède des ___________________ et des ___________________, soit des régions où les particules sont au-dessus ou en dessous de _____________________. 4. Deux élèves séparés d'une distance de 9,0 m s'amusent avec un ressort. Quelle est la longueur d'onde s'ils produisent un système d'ondes composé : a) d'une seule crête? b) d'une crête et d'un creux? c) d'une crête et de deux creux? d) de deux crêtes et de deux creux? 5. Détermine la longueur d'onde et l'amplitude de l'onde illustrée ci-dessous. 6. Les feux de circulation sont souvent programmés pour changer à des intervalles réguliers. Un élève observe 15 feux rouges pendant un intervalle de 25 minutes. Quelles en sont la période et la fréquence? 7. Les ondes radio ont une fréquence de 104 à 1010 Hz. Quelle est la période correspondant? 8. La chlorophylle a absorbe la lumière rouge dont la longueur d'onde est d'environ 660 nm. Si la lumière rouge se déplace à la vitesse constante de 3,0 x 108 m/s, quelles en sont la fréquence et la période? ANNEXE 2 : Exercice – Les ondes Nom : _____________________________________ Date : ______________________ Bloc B LES ONDES Physique Secondaire 3 Regroupement 1 page 1.64 ANNEXE 3 : Les ondes – Corrigé Bloc B Note : Pour obtenir ce corrigé, prière de vous référer au document imprimé. On peut se procurer ce document au Centre des manuels scolaires du Manitoba. Centre des manuels scolaires du Manitoba site : http://www.mtbb.mb.ca courrier électronique : mttb@merlin.mb.ca téléphone : (204) 483-5040 télécopieur : (204) 483-5041 sans frais : (866) 771-6822 no du catalogue : 92897 coût : 19,85 $ LES ONDES Physique Secondaire 3 Regroupement 1 page 1.65 ANNEXE 3 : Les ondes – Corrigé (suite) Bloc B Note : Pour obtenir ce corrigé, prière de vous référer au document imprimé. On peut se procurer ce document au Centre des manuels scolaires du Manitoba. Centre des manuels scolaires du Manitoba site : http://www.mtbb.mb.ca courrier électronique : mttb@merlin.mb.ca téléphone : (204) 483-5040 télécopieur : (204) 483-5041 sans frais : (866) 771-6822 no du catalogue : 92897 coût : 19,85 $ LES ONDES Physique Secondaire 3 Regroupement 1 page 1.66 La propagation d'ondes à une dimension La vitesse d'une onde est ________________ pour un milieu donné. Selon l'équation d'une onde (v = fλ), si la vitesse est constante, . Cela veut dire que si l'on augmente la fréquence de l'onde, sa longueur d'onde ________________. Pense aux ressorts que nous avons étudiés en classe : 1. Pour obtenir de plus en plus de crêtes et de creux, il faut produire des impulsions plus ________________ dans le ressort. 2. Lorsque le nombre de crêtes et de creux augmente, la longueur d'onde ________________. Lorsqu'une impulsion arrive à la fin du milieu, elle est ________________. Si l'extrémité du milieu est ________________, l'impulsion est réfléchie en se renversant par rapport à l'axe d'équilibre. Cela veut dire qu'une crête devient un ________________ et qu'un creux devient une ________________. Si l'extrémité du milieu est ________________, l'impulsion est réfléchie sans se renverser. Diagrammes : Extrémité fixe Extrémité libre ANNEXE 4 : Cadre de notes – La réflexion et la transmission d'ondes Nom : _____________________________________ Date : ______________________ Bloc C λ 1 ∝ f LES ONDES Physique Secondaire 3 Regroupement 1 page 1.67 La propagation d'une onde d'un milieu à un autre Lorsqu'une onde passe d'un milieu à un autre, sa ________________ change. Comme la fréquence d'une onde est caractéristique de l'onde et ne ________________ jamais, sa ________________ change dans le nouveau milieu. Étudions l'équation d'onde : v = fλ. Si la vitesse de l'onde augmente dans le nouveau milieu, sa longueur d'onde ________________ aussi. Si la vitesse de l'onde diminue, sa longueur d'onde ________________ aussi. Lorsqu'une onde passe d'un milieu à un autre, il se produit une ________________ : une partie de ________________ est réfléchie dans l'ancien milieu tandis qu'une partie est transmise au nouveau. Lorsqu'une onde se propageant dans un milieu rapide atteint la ________________ d'un milieu lent, la frontière agit comme extrémité ________________. L'impulsion se réfléchit dans le milieu rapide en ________________ par rapport à l'axe d'équilibre. La vitesse de l'impulsion transmise au milieu lent ________________. Comme sa fréquence est conservée, sa longueur d'onde ________________ aussi. Diagramme : ANNEXE 4 : Cadre de notes – La réflexion et la transmission d'ondes (suite) Bloc C LES ONDES Physique Secondaire 3 Regroupement 1 page 1.68 Lorsqu'une onde se propageant dans un milieu lent atteint la frontière d'un milieu rapide, la frontière agit comme extrémité _____________. L'impulsion se réfléchit dans le milieu rapide sans ___________________. La vitesse de l'impulsion transmise au milieu rapide ______________. Comme sa fréquence est conservée, sa longueur d'onde __________________ aussi. Diagramme : ANNEXE 4 : Cadre de notes – La réflexion et la transmission d'ondes (suite) Bloc C Bloc uploads/Geographie/ ondes-annexes-1-10.pdf