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I. Les ondes mécaniques
Définition et exemples de signaux mécaniques
Un signal résulte de la perturbation locale et passagère d’une ou de plusieurs « propriétés » d’un milieu matériel ou non.
Exemples : battre un tam-tam ; jeter un caillou à la surface d’un liquide ; ou un poste radio etc.
Définition et exemples d’ondes
Une onde mécanique est le phénomène de propagation d’une perturbation mécanique dans un milieu, sans transport de matière.
Exemples : onde lumineuse ; onde sonore ; onde mécanique, etc.
Remarque
Un signal comme une onde comporte trois séquences fondamentales : l’émission (par la source), la propagation (dans le milieu matériel ou non) et la réception (par le récepteur).
Définition d’une onde progressive
Une onde progressive est une perturbation qui se propage d’un point $\rm A$ à un point $\rm B$ dans un seul sens.
Elle peut être transversale ou longitudinale.
- Une onde progressive est dite transversale si la modification du milieu et la propagation de l’onde se font dans des directions perpendiculaires entre elles.
- Lorsque la modification du milieu et la propagation se font dans la même direction, l’onde est dite longitudinale.
L’onde progressive présente une double périodicité :
- une période temporelle $T$ qui est le temps mis par l’onde pour parcourir la distance entre deux points consécutifs ayant même élongation dans le même sens ;
- une période spatiale ou longueur d’onde $\lambda$ qui correspond à l’espace parcouru par le front de l’onde pendant une période $T$ ;
- la période temporelle $T$ est reliée à la période spatiale $\lambda$ par :
$\boxed{\lambda = C.T}$
avec $C$ en $\rm m.s^{-1}$, $T$ en $\rm s$ et $\lambda$ en $\rm m$.
II. Réflexion, réfraction et diffraction
Réflexion et réfraction
- La réflexion correspond à l’onde qui se réfléchit.
- La réfraction est le phénomène de changement de direction de l’onde lors du passage d’un milieu transparent à un autre.
- Lois de la réflexion
L’onde incidente, l’onde réfléchie et l’onde réfractée sont contenues dans un même plan appelé plan d’incidence.
L’angle de réflexion est égal à l’angle d’incidence :
$i_1 = i'_1$
- Lois de la réfraction
Les rayons incident et réfracté sont contenus dans le même plan d’incidence.
$n_2 \sin i_1 = n_1 \sin i_2$
Diffraction à la surface de l’eau
- L’onde est diaphragmée par le trou quand son diamètre d est grand.
- L’onde est diffractée par le trou quand son diamètre $d$ est petit et sensiblement égal à sa longueur d’onde $\lambda$.
Onde incidente Onde diaphragmée
Onde incidente Onde diffractée
III. Interférences mécaniques
Expérience
Principe de superposition
Le phénomène d’interférences résulte de la superposition de deux mouvements vibratoires issus de deux sources cohérentes et synchrones.
- Lorsque les deux ondes issues des deux sources arrivent en phase en un point M : les interférences sont constructives et les amplitudes des deux ondes s’ajoutent (éclairement).
- Lorsque les deux ondes issues des deux sources arrivent en opposition de phase en un point M : les interférences sont destructives et l’amplitude résultant des deux ondes s’annule (obscurité).
