Cours sur les caractéristiques des ondes - physique-chimie terminales S

De

Retrouvez dans ce document tout ce qu'il y a à savoir les caractéristiques et les propriétés des ondes,

Publié le : vendredi 17 janvier 2014
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CHAP 02-COURS Caractéristiques des ondes Objectifs : Quelles sont les caractéristiques des ondes progressives ? Définir une onde progressive à une dimension Connaître et exploiter la relation entre la période ou lafréquence, la longueur d’ onde et la célérité pour une onde progressive sinusoïdale. Connaître les caractéristiques des ondes sonores et ultrasonores. 1. LES ONDES PROGRESSIVES 1.1. Définition
-C’ est une déformation qui prend naissance dans un milieuélastique puis qui se propage (progressive)
Déf. élastique :
C’ est quand le milieu redevient comme avant la perturbation
Ex: Quand on jette un caillou ds l’ eau
1.2. Le milieu de propagation
- Certaines ondes ont besoin d'un milieu matériel pour se propager : ce sont lesondes mécaniques.
Ex : Les ondes sismiques et les ondes sonores sont des exemples d'ondes mécaniques.
- D'autres ondes se propagent également dans le vide : ce sont lesondes électromagnétiques.
Ex : Les infrarouges et les rayons X sont des exemples d'ondes électromagnétiques.
1.3. Les directions de propagation
La propagation d'une onde peut avoir lieu dans plusieurs directions.
- Une onde progressive se propageant dans uneseule directionest appelée onde progressive à1 dimension.
Ex : Le long d'une corde, le long d'une tige ou encore du son le long d'un rail de chemin de fer.
- Une onde progressive se propageant dansun planest appelée onde progressive à2 dimensions.
Ex : Les vagues à la surface de l'eau
- Une onde progressive se propageantdans l’ espaceest appelée onde progressive à3 dimensions.
Ex : Le son dans l'air
2. VITESSE DE PROPAGATION D’ UNE ONDE- La propagation se fait avec une certaine vitesse appelée aussi célérité 1 v: vitesse de l’onde en m.sd: la distance parcourue par l’onde (m)v =  : Durée du parcourt (s)
Page2sur73. RETARD ET ELONGATION 3.1. Retard La perturbation observée au point A arrive au point B avec un retard τ (TAU).Le retard est la durée mise par l'onde pour se propager de A à B 1 v: vitesse de l’onde en m.sAB: la distance parcourue par l’onde  = (m) : Le retard(s)
3.2. Elongation Dans le cas des ondes mécaniques, un point est repéré par son élongation, c'est-à-dire sa position par rapport à sa position de repos (doc. 6).
4. ONDE PROGRESSIVE PERIODIQUE 4.1. Définitions
a) Onde progressive périodique
Une onde progressive est périodique lorsque la perturbation
reproduit identique à elle-même à intervalles de temps égaux
appeléspériode temporelle T.
se
Page3sur7b) Fréquence Lafréquence fest le nombre de répétitions de la perturbation par seconde.de l'onde La fréquence f et la période temporelle T sont liées par la relation : T : Période temporelle (s) f: Fréquence de l’onde (Hz)T= c) Onde progressive périodique sinusoïdale - Une onde progressive est sinusoïdale lorsque l'élongation de tout point du milieu de propagation est une fonction sinusoïdale du temps. - Dans le cas d'une onde mécanique sinusoïdale, l'évolution de l'élongation au cours du temps est donnée, par exemple, par une fonction de la forme :  x = Xmax.cos( .t +φ) Xmax: L’amplitude maximale (en mètres),(la plus grande valeur que peut atteindre x) φ:La phase à l’origine, positive par définition etdonnée par les conditions initiales.T : Période temporelle (s)
voir microméga hatier : A = 40 f = 1 Hz et périodique -Il y a 2 particularités pour l’ onde:
Page4sur7a) Période temporelle ou période - 1 point du milieu est tjrs perturbé après 1 même intervalle de temps : On appelle cela la période temporelle ou période notée T (s)
b) Période spatiale ou longueur d’ onde - Toutes les perturbations sont à la même distance les unes des autres : On appelle cela la période spatiale ou longueur d’ onde notée λ (LAMBDA) (en m)c) relation entre λ et Tλ: Longueur d’onde (m)T : Période temporelle (s) λ= 1 v: vitesse(célérité) de l’onde (m.s) 5. CARACTERISTIQUES DES ONDES SONORES ET ULTRASONORES 5.1 Les ondes sonores - L'oreille humaine perçoit des ondes sonores dont les fréquences sont comprises entre 20 Hz et 20 kHz. - Les ondes sonores de fréquences inférieures à 20 Hz sont appelées infrasons. - Celles de fréquences supérieures à 20 kHz sont appelées ultrasons Remarque : Certains animaux utilisent les ultrasons, d'autres les infrasons. Par exemple, les chauves-souris et les dauphins émettent et perçoivent des ultrasons dont la fréquence peut être supérieure à 100 kHz pour explorer leur environnement. Les éléphants et les baleines émettent et perçoivent des infrasons pour communiquer
Page5sur75.2.Le spectre d'un son - Le son produit par un instrument de musique comme une guitare est périodique, mais pas sinusoïdal. - En 1822, le mathématicien français Joseph FOURIER a montré que tout signal périodique de fréquence f, peut
être décomposé en une somme de signaux sinusoïdaux defréquences fnmultiples de f1
- Ces signaux sinusoïdaux sont appelésharmoniques.
a) définition
Le spectre en fréquences d'un son est la représentation graphique de l'amplitude de ses composantes
sinusoïdales en fonction de la fréquence.
b) Exemple : fondamental et harmonique
- Le spectre en fréquences du son d'une guitare montre
plusieurs pics de fréquences : 659 Hz, 1,32 kHz, 198 kHz et 2,64
kHz.
- Ces fréquences sont celles desarhnimoseuq.
- La fréquence la plus faible (f = 659 Hz) est celle dufondamental; c'est aussi la fréquence du son.
- Toutes les fréquences du spectre fn sont desmultiples de la fréquence du fondamental
c) Hauteur d’ un son- Lahauteurd'un son est égale à safréquence, qui est aussi celle de son fondamental. - Plus elle est élevée, plus le son est aigu; plus elle est basse, plus le son est grave. - La hauteur (fréquence) d'un son est mesurée par la fréquence du fondamental REMARQUE- Un son est qualifié de pur s'il est sinusoïdal. - dit qu’ elle est à l’ octaveLorsqu’ une note a une fréquence double d’ une autre, on
Page6sur7d) Timbre
- La même note jouée par deux instruments différents, par exemple flûte et clarinette, procure deux sensations
sonores différentes. C'est ce qu'on appelle letimbre
- Le timbre est la qualité du son qui permet de distinguer deux notes de même hauteur (fréquence) jouée par
deux instruments différents.
-Le timbre du son, lié au nombre et à l'amplitude des harmoniques.
mi4 joué par une guitare
mi4 joué par une flute
6. NIVEAU D’ INTENSITE SONORE 6.1. Intensité sonore : Pourquoi un son est-il plus ou moins fort ? - L'intensité d'un son est la qualité qui donne la sensation qu'un son est plus ou moins fort. - L'intensité d'un son est liée à l'amplitude de la vibr son faible son fort La sensation d'intensité sonore perçue par l'oreille dépend de la fréquence du son : la sensibilité de l'oreille humaine est maximale aux environs de3 000 Hz.
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6.2. Le niveau sonore et le décibel Leniveau sonoreest défini par la relation suivante :L, exprimé en décibels acoustiques (dB) 12 2 Io: seuil d'audibilité de l'oreille humaine (10 W.m ) L = 10.log( ) 2 I : est l'intensité sonore de la vibration acoustique (W.m ) La notation « log » fait référence à la fonction logarithme décimal. L'échelle de L est graduée de 0 à 140 dB environ - La mesure des niveaux sonores s'effectue avec un sonomètre. espondance entre intensité sonore et niveau sonore.
Lieux
Niveaux dB
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