Décrire la propagation d'une onde mécanique progressive - Maxicours

Décrire la propagation d'une onde mécanique progressive

Objectifs
  • Décrire la propagation d’une perturbation mécanique d’un milieu dans l’espace et dans le temps.
  • Connaitre les exemples de la houle, des ondes sismiques et des ondes sonores.
Points clés
  • Une onde mécanique progressive est une perturbation qui se propage de proche en proche dans un milieu matériel.
  • Une onde mécanique ne se propage que dans un milieu matériel : elle ne se propage dans le vide.
  • Une onde mécanique transporte de l’énergie mais pas de matière.
  • Une onde mécanique se déplaçant selon une, deux ou trois directions est une onde à une, deux ou trois dimensions.
  • Une onde est transversale si sa direction de propagation est perpendiculaire à la direction de la perturbation et est longitudinale si les deux directions sont parallèles.
  • Une onde mécanique est caractérisée par sa célérité, c’est-à-dire sa vitesse de propagation, laquelle dépend du milieu de propagation et de ses caractéristiques.
Pour bien comprendre
  • La perturbation d’un milieu matériel
  • La célérité d’une onde
1. La propagation d'une onde mécanique progressive
Principe
Une perturbation mécanique est une déformation locale et temporaire d’un milieu matériel. Cette perturbation se propage de proche en proche : il s’agit d’une onde mécanique progressive.

Une onde mécanique progressive correspond donc à la propagation d’une perturbation qui s’effectue sans transport de matière mais avec un transport d’énergie.

Remarque
La lumière n’est pas une onde mécanique : il s’agit d’une onde électromagnétique. Elle peut se propager dans le vide.

Si une onde se propage :

  • dans une seule direction, elle est à une dimension.
  • dans deux ou trois directions, il s’agit d’une onde à deux ou trois dimensions.
Exemple de la houle

On prend l’exemple de la houle. Il s’agit d’une déformation de la surface de l’eau sous l’effet du vent et qui se propage ensuite sur des centaines de kilomètres.


Formation et propagation de la houle

Il s’agit d’une onde à deux dimensions car elle se déplace à la surface de l’eau. La houle ne transporte pas de matière car au cours de la propagation, les molécules d’eau réalisent un mouvement circulaire et reviennent dans leur position initiale.


Trajet des particules d’eau
au cours du passage de la houle

La houle est une onde transversale car la direction de la perturbation est perpendiculaire à la direction de propagation.


Direction de propagation et de perturbation pour la houle
Une onde est transversale si sa direction de propagation est perpendiculaire à la direction de la perturbation et elle est longitudinale si les deux directions sont parallèles.
2. Les ondes sismiques

La rupture d’une faille dans les couches internes de la Terre est la source des ondes sismiques.

Les ondes sismiques sont des ondes mécaniques à trois dimensions qui se propagent dans le volume de la Terre.

On distingue deux types d’ondes sismiques.

  • Les ondes P qui sont les plus rapides (v = 6,0 km·s−1). Elles se déplacent aussi bien dans les liquides et les solides. Ce sont des ondes longitudinales.
  • Les ondes S qui sont les moins rapides (v = 4,0 km·s−1). Elles se déplacent dans les solides mais pas dans les liquides. Ce sont des ondes transversales.

La détection des ondes S et P à l’aide d’un sismographe permet de déterminer la distance qui nous sépare de l’épicentre.


Enregistrement des ondes P et S

La durée Δt mesurée entre le début du séisme et l’instant de la détection des ondes P ou S permet de calculer la distance D à l’épicentre.

  • Dépicentre = vP × ΔtP = 6,0 × 60 = 360 km
  • Dépicentre = vS × ΔtS = 4,0 × 90 = 360 km
3. Les ondes sonores
Les ondes sonores sont des surpressions de la matière qui se propagent de proche en proche dans toutes les directions.
Ce sont des ondes à trois dimensions et longitudinales.

Production, propagation et réception des ondes sonores

La célérité des ondes sonores correspond à leur vitesse de propagation. La célérité augmente lorsque l’on passe d’un milieu matériel gazeux à un milieu matériel solide.

Milieu matériel air eau acier
Célérité (en m·s−1) 340 1500 5000

Dans l’air, la célérité des ondes sonores dépend de la température.

Température (en °C) 0 15 30
Célérité (en m·s−1) 331 340 349

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