ONDES MECANIQUES

Définition d'une onde mécanique:

On appelle onde mécanique le phénomène de propagation d'une perturbation mécanique dans un milieu, sans transport de matière. Une onde se propage à partir de la source, dans toutes les directions qui lui sont offertes par le milieu.

Propriétés et caractéristiques d'une onde:

Il existe deux types d'ondes:

Ø     les ondes transversales : lorsque la direction de la perturbation est perpendiculaire à celle de la propagation.

exemple: les vagues.

Ø     les ondes longitudinales : lorsque la déformation et la propagation se font dans le mème sens.

exemple: les ondes sonores.

Célérité de l'onde :

On appelle célérité v de l'onde la vitesse de propagation de l'onde.
C'est le rapport entre la distance d parcourue par l'onde et la durée Dt du parcours.

v = d / Dt              avec v en m.s^-1 , d en m et Dt en s

On préfère le mot célérité au mot vitesse auquel est associé la notion de déplacement de matière (vitesse d'une automobile, d'une particule etc...).

Onde progressive:

On appelle onde mécanique progressive le phénomène de propagation d'une perturbation dans un milieu matériel sans transport de matière.

Direction de propagation:

Une onde se propage, à partir de la source, dans toutes les directions qui lui sont offertes.
Il existe ainsi des ondes à une, deux ou trois dimensions.

Ø     Une onde à une dimension a lieu dans une seule direction, par exemple, le long d'une corde

Ø     Une onde à deux dimensions a lieu dans un plan, par exemple à la surface de l'eau lorsqu'on y jette une pierre.

Ø     Une onde à trois dimensions a lieu dans l'espace, par exemple, une onde sonore se propage dans toutes les directions.

Transfert d'énergie sans transport de matière :

Une onde mécanique progressive transporte de l'énergie sans transport de matière. Au passage d'une vague, le bateau s'élève, son énergie potentielle augmente. Cette énergie lui est apportée par l'onde, mais il n'y a pas de transport de matière.

Superposition de deux ondes:

Deux ondes peuvent se croiser en un point. Au point de rencontre, la perturbation est la somme géométrique des deux perturbations. Ensuite, les ondes continuent à se propager sans avoir été affectées par leur rencontre.

Retard de l'onde:

Une onde émise par la source S, se propage avec la célérité v le long d'une corde, elle atteint le point M à la date t et le point M' à la date ultérieure t'. Le point M' subit la même perturbation que le point M avec un retard t. t = t' – t    Þ    v = MM' / t     Þ    t = MM' / v

Ondes progressive périodique:

Une onde est dite périodique si la perturbation imposée par la source se reproduit identique à elle-même à des intervalles de temps constants. Elle possède une double périodicité: spatiale et temporelle:

La periode temporelle T correspond au temps entre deux crêtes consécutives de l'onde.

La fréquence f d'un phénomène périodique représente le nombre de phénomènes effectués par seconde. La fréquence est l'inverse de la période : f = 1 / T     avec    f  en hertz (Hz), T en seconde .

La periode spatiale l , appelée longueur d'onde, correspond à la distance entre deux crêtes consécutives de l'onde, c'est à dire pendant une période T.

Phénomène de diffraction:

Nous pouvons observer le phénomène de diffraction grâce à une cuve à ondes:

Lorsque l'ouverture a est plus grande que la longueur d'onde, alors l'onde incidente se diaphragme.	Lorsque l'ouverture a est plus petite ou égale à la longueur d'onde, alors l'onde incidente se diffracte.	Lorsque l'ouverture a est beaucoup plus petite que la longueur d'onde, alors l'onde incidente subit une grande diffraction. Ainsi, une onde rectiligne à la surface d'un liquide peut devenir circulaire après avoir été diffractée.

Voici une animation simulant la diffraction d'une onde à deux dimensions par une ouverture. C'est ce que l'on peut observer sur une cuve à ondes: