>Aurélie juin04

ondes

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ondes se propageant le long d'une corde

un vibreur S génére des ondes se propageant le long d'une corde de longueur L= 12 m. Un dispositif permet d'éviter toute réflexion à l'extrémité de la corde. A l'instant t = 0 s, le vibreur est mis en marche. On étudie au mouvement d'un point M d'abscisse x = 6 m.

 

  1. Citer trois mots qualifiant ces ondes.
  2. Sur le schéma ci-dessous est représentée la courbe donnant au cours du temps l'élongation du point M ; ce point étant atteint à la date t1 = 2 s, déterminer la célérité de l'onde le long se propageant de la corde.
  3. A quelle date l'ensemble de la corde est-elle parcourue par l'onde ?
  4. Déterminer graphiquement la période et la longueur d'onde l de l'onde.
  5. Les deux valeurs obtenues permettent-elles de retrouver la célérité calculée précédemment ?
 

 


corrigé
onde mécanique, progressive, périodique, transversale, sinusoïdale.

le point M se trouve à 6 m de la source S ; il est atteint à t = 2 s ; la célérité de l'onde est donc v : 6/2 = 3 m.

L'extrémité de la corde est atteinte à la date t= 12 / 3 = 4 s.

on peut retrouver la valeur de la célérité :v = l / T = 3/1 = 3 m/s.


ondes à la surface de l'eau

Photographies de la cuve à ondes pour deux valeurs de la fréquence de l'excitateur.

 

  1. Figure 2 : l'onde étudiée elle est, mécanique, longitudinale, progressive périodique, diffractée ? Justifier.
  2. Déterminer la longueur d'onde et en déduire la célérité des ondes à la surface de l'eau.
  3. Figure 1 : la célérité des ondes à la surface de l'eau reste-t-elle la même ? Quel phénomène a-t-on mis ici en évidence ?

corrigé
propagation à la surface de l'eau d'une onde mécanique, périodique, transversale ( la déformation du milieu est perpendiculaire à la direction de propagation)

l'onde n'est pas diffracté par un obstacle ou une ouverture dont les dimensions sont proches de la valeur de la longueur d'onde ; dans le cas de la diffaction on observerait la figure suivante :

quatre longueurs d'onde correspondent à 10 cm d'où l = 10/4 = 2,5 cm = 2,5 10-2 m.

la longueur d'onde l (m), la célérité v (m/s) et la fréquence f (Hz) sont liées par la relation l = v / f

v = l f = 0,025*10 = 0,25 m/s.

Figure 1 :

cinq longueurs d'onde correspondent à 10 cm d'où l = 10/5 = 2 cm = 2 10-2 m.

v = l f = 0,02*20 = 0,4 m/s.

la célérité de l'onde dépend de la fréquence : la surface de l'eau est un milieu dispersif pour les ondes mécaniques.



ultra-sons

Un générateur de salves ultrasonores et un récepteur sont sur un même axe, séparés d'une distance d = 85 mm. Ces deux appareils sont reliés à un oscilloscope. Les salves sont visualisées à l'écran.

  1. Cette onde est-elle mécanique, électromagnétique, transversale, longitudinale ?
  2. Calculer la période des ultrasons à partir de la figure ci-dessus. La fréquence des ultrasons étant f = 40 kHz, le résultat est-il en accord avec la période ?
  3. Quel est l'oscillogramme correspondant au récepteur ? Justifier. En déduire le retard de l'onde reçue par rapport à l'onde émise.
  4. Calculer la célérité des ultrasons dans l'air.

corrigé
Propagation dans l'air d'une onde mécanique, périodique, longitudinale ( propagation d'une variation de pression dans la direction de propagation)

La lumière est une onde électromagnétique.

dix périodes correspondent à 0,25 ms ; T= 0,25 10-3 / 10 = 2,5 10-5 s.

Or la période T (s) est l'inverse de la fréquence f (Hz)

T= 1 / f = 1 / 40000 = 2,5 10-5 s, résultat en accord.

L'oscillogramme 1 correspondant au récepteur : le récepteur reçoit le signal de l'émetteur avec le retard

t (s)= distance source- récepteur (m) / célérité (m/s) = 2,5 10-4 s = 0,25 ms

célérité v = 85 10-3 / 2,5 10-4 = 340 m s-1.





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