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

Frederic

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

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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.s   d: la distance parcourue par l’onde (m)  v =  : Durée du parcourt (s) 

Page2sur7  3. 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.s AB: 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).



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

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



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

Page3sur7  b) 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 = X max .cos( .t +φ)    X max : 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:         

Page4sur7 a) 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 T    λ: 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 

Page5sur7 5.2.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 f n multiples de f 1 

- 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 

Page6sur7 d) 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.



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mi4 joué par une guitare

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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 I o : 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