Décrire la propagation d'une onde mécanique progressive
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- 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.
- 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.
- La perturbation d’un milieu matériel
- La célérité d’une onde
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.
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.
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
La rupture d’une faille dans les couches internes de la Terre est la source des ondes sismiques.
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
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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