Les ondes dans la matière - Cours de Physique Chimie Terminale S avec Maxicours - Lycée

01 49 08 38 00 - appel gratuit de 9h à 18h (hors week-end)

Les ondes dans la matière

Objectif :
La houle, les ondes sismiques et les ondes sonores sont des ondes mécaniques qui se propagent dans la matière.
Comment décrire leur propagation dans la matière ?
1. La houle
a. Description
La houle est une succession régulière de vagues qui se propagent à la surface de la mer.
Créée par un vent lointain (loin des côtes), la houle peut se superposer à des vagues en arrivant près des côtes.

b. Caractéristiques
La houle est caractérisée par :

• sa hauteur H (= distance entre un creux et une crête) qui est faible en pleine mer et qui augmente près des côtes lorsque la profondeur des fonds diminue.

• sa période T, qui est très élevée car la houle est une onde mécanique périodique et transversale à deux dimensions

• sa longueur d’onde L (= distance entre deux vagues) qui peut atteindre plusieurs centaines de mètres

• sa célérité v qui est de l'ordre de plusieurs mètres par seconde

• la profondeur moyenne d de l’eau avant le passage de l’onde.
L'onde peut se propager sur des dizaines de milliers de kilomètres et n’est pas modifiée par le vent local.
2. Les ondes sismiques
a. Description
Les ondes sismiques sont des ondes élastiques qui se propagent dans la Terre à partir d’un foyer F (= point de rupture des roches en profondeur).
Le point qui se trouve à la verticale du foyer est l’épicentre du séisme.
À partir du foyer, les ondes se propagent en volume ou en surface.
Les ondes sismiques sont détectées à l’aide de sismographes, disposés dans des stations de mesure.
b. Caractéristiques
Les ondes sismiques se propagent dans toutes les directions de l’espace : ce sont des ondes mécaniques à trois dimensions.

Remarque : Les ondes sismiques ne sont pas des ondes périodiques, mais il peut y avoir des répliques quelques heures, voire quelques jours après le premier tremblement.

Les ondes de volume
peuvent être de plusieurs types :

• les ondes P (ondes primaires) sont des ondes longitudinales se propageant avec une haute célérité (environ 6 km.s-1).

• les ondes S (ondes secondaires) sont des ondes transversales se propageant à une célérité plus faible (environ 4 km.s-1).

La célérité des ondes de volume varie en fonction du milieu qu’elles traversent (état solide ou liquide, densité, nature etc ...). Les ondes de volume peuvent être réfléchies ou réfractées lorsqu’elles arrivent sur des surfaces séparant des milieux dont les caractéristiques sont différentes.

Les ondes de surface sont de deux types :
les ondes de Love
les ondes de Rayleigh

Elles se propagent à la surface de la Terre, telles des vagues, et provoquent des déplacements horizontaux. Leur célérité est de l’ordre de 4 km.s-1.

c. Réception des ondes simiques
Un sismographe enregistre les différentes secousses dans la station.

Voici un exemple d’enregistrement :

Chaque onde se propage à une célérité plus ou moins élevée. Toutes les ondes ne sont donc pas reçues en même temps.
d. Magnitude d'un séisme
La magnitude d’un séisme peut être mesurée avec plusieurs échelles.

Avec l’échelle de Richter, la magnitude d’un tremblement de terre mesure l’énergie libérée au foyer d’un séisme. Le principe est le suivant : plus l’énergie est élevée et plus la magnitude, élevée.
La magnitude est calculée sur une échelle logarithmique : lorsque l’énergie libérée est multipliée par 30 (ou si l’amplitude du mouvement est multipliée par 10), cela correspond à une augmentation de 1 sur l’échelle.

L’échelle de Richter est une échelle ouverte et sans limite supérieure. Cependant, les séismes les plus puissants ont rarement dépassé la magnitude 9,0. Les valeurs de magnitude peuvent être négatives si le sismographe est très précis.

Le tableau ci-dessous récapitule les effets d’un séisme en fonction de sa magnitude :

3. Les ondes sonores
a. Caractéristiques
Une onde sonore (= son) se propage dans un milieu matériel (air, eau…). La perturbation est une compression de couches d’air depuis la source jusqu’au récepteur (= tympan ou microphone).

Le son est une onde mécanique longitudinale. En effet, la déformation du milieu est parallèle à la direction de propagation.

La propagation du son nécessite un milieu matériel élastique et compressible. Le son se propage donc dans tous les corps gazeux, liquides ou solides. En revanche, il ne se propage pas dans le vide.

Le son se propage, à partir de sa source, dans toutes les directions qui lui sont offertes. L’air est un milieu à trois dimensions, le son se propage donc dans tout l’espace.
b. Célérité du son
Le son se propage dans les milieux matériels à une certaine célérité dépendant des caractéristiques du milieu :

• La célérité du son dans l’air, à température ambiante, est de 340 m.s-1
• Plus la température de l’air est élevée et plus la célérité est élevée
• La célérité du son dans l’air dépend peu de la pression de l’air.
c. Domaines de fréquences
Les ondes sonores peuvent être périodiques. Elles sont alors caractérisées par une fréquence et une période.

d. Intensité et niveau sonore
Grâce à l'intensité, on peut distinguer un son fort d’un son faible : on appelle cela, le volume.

Plus l’amplitude des vibrations sonores émises est grande, plus l’intensité du son émis est forte.
L’intensité sonore, notée I, s’exprime en Watt par mètre carré (W.m-2).

Le niveau sonore sert à connaître le nombre de fois qu'une intensité sonore est plus grande qu’une autre appelée référence.

On appelle niveau sonore L la grandeur : L =
avec I0 le seuil d'audibilité, tel que : I0 = 10-12 W.m-2

Le niveau sonore est une grandeur sans dimension, s’exprime en décibel acoustique et est mesuré par un sonomètre.
L'essentiel
Dans la matière, de nombreuses ondes peuvent se propager : les ondes sismiques, la houle, le son.

Toutes ces ondes ont des caractéristiques qui leur sont propres : ce sont des ondes transversales ou longitudinales, qui se propagent à la célérité v dépendant des propriétés du milieu (élasticité, état, température …) et qui peuvent être réfléchies, ou réfractées.

Pour mesurer l’effet de ces ondes sur la matière, on dispose d’échelles : l’échelle de Richter pour les séismes et le niveau sonore pour les ondes sonores.

Vous avez déjà mis une note à ce cours.

Découvrez les autres cours offerts par Maxicours !

Découvrez Maxicours

Comment as-tu trouvé ce cours ?

Évalue ce cours !

 

Découvrez
Maxicours

Des profs en ligne

Géographie

Aidez votre enfant à réussir en espagnol grâce à Maxicours

Des profs en ligne

  • 6j/7 de 17h à 20h
  • Par chat, audio, vidéo
  • Sur les 10 matières principales

Des ressources riches

  • Fiches, vidéos de cours
  • Exercices & corrigés
  • Modules de révisions Bac et Brevet

Des outils ludiques

  • Coach virtuel
  • Quiz interactifs
  • Planning de révision

Des tableaux de bord

  • Suivi de la progression
  • Score d’assiduité
  • Une interface Parents