Ondes mécaniques

Cours · physique (première), chapitre 7 · première, spécialité physique-chimie · le début du chapitre, la suite sur Adloun

Une perturbation se propage le long d'une corde à la célérité c, sans déplacement global de matière.

Une pierre tombe dans l'eau : des rides s'élargissent, un bouchon posé plus loin monte et descend — mais ne s'approche pas du bord. La perturbation voyage, la matière reste : c'est une onde mécanique. Houle, séismes, sons : ce chapitre décrit leur propagation (célérité, retard), puis le cas fondamental des ondes périodiques, avec leur double périodicité — la période $T$ et la longueur d'onde $λ$ — reliées par $λ = c T$ .

7.1 Onde mécanique progressive

Définition 7.1Onde mécanique progressive

Une onde mécanique progressive est la propagation d'une perturbation dans un milieu matériel, sans transport de matière mais avec transport d'énergie : chaque portion du milieu, déplacée de sa position d'équilibre, entraîne la suivante de proche en proche, puis y retourne.

Exemple 7.2Trois ondes, trois milieux

La houle déforme la surface de l'eau ; les ondes sismiques traversent la Terre ; une onde sonore est une succession de compressions et de dilatations de l'air. Dans les trois cas, le milieu vibre sur place : le bouchon sur l'eau, comme la poussière dans l'air d'un concert, danse sans voyager.

Le cœur de la définition, en trois instants. Le bouchon (orange) reste sur la même verticale : il monte et descend sur place, il ne voyage pas. La crête (verte), elle, se déplace vers la droite. Il n'y a donc aucun transport de matière — seulement une perturbation, et l'énergie qu'elle emporte, qui traversent le milieu.

Deux familles d'ondes : sur la corde, la perturbation est perpendiculaire à la propagation ; dans le ressort — et dans l'air pour le son — le milieu se comprime et se détend le long de la direction de propagation.

7.2 Célérité et retard

Définition 7.3Célérité

La célérité $c$ d'une onde est la vitesse de propagation de la perturbation :

$c = \frac{d}{Δ t}$

( $d$ : distance parcourue par la perturbation pendant $Δ t$ ). On dit « célérité » plutôt que « vitesse » car rien de matériel ne se déplace à cette allure.

Définition 7.4Retard

Le retard $τ$ est la durée que met la perturbation pour aller d'un point $A$ à un point $B$ :

$τ = \frac{A B}{c} :$

le point $B$ reproduit le mouvement de $A$ , décalé de $τ$ .

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