Les propriétés des ondes mécaniques
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Une onde mécanique se propage de proche en proche
dans un milieu matériel
élastique.
Par exemple, la compression d'un ressort se transmet de spire
à spire.
Remarque :
o Les solides permettent la propagation des ondes transversales
et longitudinales, alors que,
o les fluides (liquides ou gaz) ne propagent que les ondes
longitudinales.
Ainsi, les ondes d'un tremblement de Terre ne se propagent pas
dans le coeur terrestre qui est liquide, mais seulement dans la
croûte terrestre.
Une onde mécanique se propage, à partir de sa source, dans toutes les directions qui lui sont offertes, ainsi :
par exemple, une corde ou un ressort, la propagation sera unidirectionnelle.
o Dans un milieu plan :
comme une étendue d'eau ou la croûte terrestre, la propagation sera bidimensionnelle.
o Dans un milieu tridimensionnel :
comme l'air, l'océan, la propagation se fera dans toutes les directions de l'espace considéré.
La propagation d'une onde dans un milieu matériel se fait toujours à la même vitesse pour tous les petits mouvements, quelle que soit leur amplitude.
Dans le cas d'une onde, la vitesse est appelée
célérité.
Pour une onde qui parcourt une distance d (en mètres)
pendant une durée t (en secondes), la
célérité V (en m.
s-1) s'exprime par la relation V=d/t.
L'inertie d'un corps augmente avec la masse de ce corps (exemple : l'inertie de l'air augmente avec la pression de l'air).
o Plus la rigidité d'un milieu est grande, plus les ondes mécaniques s'y propagent vite (plus la célérité est grande).
Plus un corps résiste à la déformation, plus il est rigide (exemple : l'acier est plus rigide que le caoutchouc).
Remarque :
Si on néglige la perte d'énergie au cours de la
propagation, on peut considérer que l'énergie se
conserve. Ainsi, dans un milieu à une
dimension, l'amplitude de la déformation est
constante quelle que soit la distance de la source.
Par exemple, en comprimant quelques spires d'un ressort, on lui
fournit de l'énergie. Lorsque le ressort se détend,
les spires cèdent cette énergie aux spires
voisines. De proche en proche, toutes les spires
s'écartent de leur position d'équilibre et
l'énergie se propage ainsi sans perte jusqu'au bout du
ressort.
Par contre, dans un milieu bidimensionnel ou
tridimensionnel, au cours de la propagation
l'énergie se répartie sur une surface ou un volume
de plus en plus grand. L'énergie qui arrive en un point
donné est donc d'autant plus faible que l'on
s'éloigne de la source et par conséquent,
l'amplitude de la déformation est d'autant plus
faible.
Par exemple, lorsqu'une pierre est jetée à la
surface d'une étendue d'eau, une déformation se
créée et se propage à la surface de l'eau.
Plus cette déformation s'éloigne de la source, plus
l'amplitude de cette dernière diminue.
Deux ondes mécaniques peuvent se croiser sans se
perturber.
Au croisement, les amplitudes des deux ondes s'ajoutent
algébriquement, puis après le croisement chaque
perturbation reprend sa forme initiale et continue à se
propager sans avoir subi de modification.
La célérité, V, d'une onde mécanique est caractéristique du milieu matériel. Elle est d'autant plus grande que le milieu est rigide et d'autant plus faible que le milieu est inerte.
V = d/t avec :
o d = distance en m ;
o t = durée en s ;
o V = célérité de l'onde en m.s-1.
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