chimiephysiquescience.files.wordpress.com · web view2020. 11. 8. · unité 1 : les ondes...

Unité 1 : Les ondes mécaniques progressives Physique

I- Les ondes mécaniques progressives : 1- Activité documentaire 1: Exemples d’ondes mécaniques

Les deux photos présentent deux phénomènes à caractère destructif :

1- Citer les deux phénomènes :o ………………………………………………………………………………………………………………………

o ………………………………………………………………………………………………………………………

2- Quel est l’origine de ces deux phénomènes ?

o ………………………………………………………………………………………………………………………

o ………………………………………………………………………………………………………………………

3- Y a-t-il un déplacement de la matière à partir de la source des deux phénomènes ?…………………………………………………………………………………………………………………………………….

4- Quel est l’origine de l’aspect destructif de ces deux phénomènes ?…………………………………………………………………………………………………………………………………….

2- Activité expérimentale 2: D’autres exemples d’ondes mécaniques

Manipulation1 : On pose sur le sol une corde en la maintenant droite. Puis on donne une impulsion brève et verticale à l’extrémité de la corde.

Manipulation2 : On tend un ressort le long d’une table horizontale et on déplace rapidement l’extrémité le long de l’axe du ressort de façon à comprimer quelques spires.

Manipulation3 : On laisse tomber une goutte d’eau à la surface d’eau calme.1- Comment peut-on qualifier le milieu étudié dans les 3 cas ?……………………………………………………………………….2- Qu’arrive-t-il à ce milieu lors de chaque manipulation ?……………………………………………………………………….3- Ce qui lui arrive, reste-t-il là où il est créé ?………………………………………………………………………..

2BAC S.M 1 Pr. Badr BOUSTAKAT

Fig.1 Fig.2


4- Après ce déplacement, Les points qui constituent le milieu quittent ils leurs positions initiales ?……………………………………………………………………….5- Comparer la direction du mouvement des points du milieu et la direction de propagation dans chaque cas.…………………………………………………………………………………………………………………………………….

…………………………………………………………………………………………………………………………………….

…………………………………………………………………………………………………………………………………….

3- Définitions:o La perturbation : ……………………………………………………………………………………

o Ondes mécanique progressive : …………………………………………………………………….

………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………

o La source de l’onde : ……………………………………………………………………………….

o Front d’onde : ……………………………………………………………………………………….

………………………………………………………………………………………………………

4- Onde transversale ou longitudinale :Onde progressive transversale Onde progressive longitudinale

Une onde transversale provoque une perturbation dans une direction ………………………….. à la direction de propagation de l’onde.

Une onde longitudinale provoque une perturbation dans une direction ……………………… à celle de la propagation de l’onde.

En comparant les directions des perturbations et les directions de propagation on peut distinguer deux types d’ondes :

II- Les ondes sonores : 1- Activité expérimentale 1 :

Manipulation1 : Sous une cloche à vide, un téléphone portable diffusant de la musique. Régler le volume pour que l'on entende de la musique une fois la cloche posée sur le plateau. Faire le vide sous la cloche (mettre en marche le compresseur).

1- Qu’observe t on après la mise en marche du compresseur ? …………………………………………………………………………………………………………………………………….

…………………………………………………………………………………………………………………………………….

…………………………………………………………………………………………………………………………………….

2- Le son se propage-t-il dans le vide ?…………………………………………………………………………………………………………………………………….



3- Que peut-on dire de la nature de l’onde sonore ?…………………………………………………………………………………………………………………………………….

…………………………………………………………………………………………………………………………………….

Manipulation2 : On place une bougie allumée devant la membrane verticale du haut-parleur.

1- Comparer l’aspect de la flamme lorsque le haut-parleur émet un son et lorsqu’il n’émet pas. …………………………………………………………………………………………………………………………………….

…………………………………………………………………………………………………………………………………….

2- Quel est le milieu de propagation des ondes sonores ?…………………………………………………………………………………………………………………………………….

3- Comment peut-on qualifier les ondes sonores?…………………………………………………………………………………………………………………………………….

2- Conclusion : …………………………………………………………………………………………………………………………………….

…………………………………………………………………………………………………………………………………….

III- Les caractéristiques générales des ondes mécaniques.1- Direction de propagation d’une onde:

Une onde se propage à partir de la source et dans toutes les directions possibles offertes par le milieu. La dimension d’un milieu de propagation est le nombre minimal de coordonnées nécessaires pour repérer complètement la position d’un point de ce milieu.

La position d’un point M d’une corde peut être complètement repérée par son abscisse x mesurée à partir de la source. L’onde se propage la long d’une corde est : ………………….

A la surface de l’eau, les ondes se propagent dans toutes les directions de cette surface : deux coordonnées sont nécessaires pour déterminer la position d’un point M. l’onde est …………

Le son dans l’air se propage dans l’espace. Donc c’est une onde …………………….2- Superposition de deux ondes en un point du milieu

On crée deux ondes mécaniques dans les deux extrémités :

Deux ondes peuvent se croiser (rencontre) en un point. Après croisement, les ondes continuent à se propager sans avoir été affectées par leur rencontre (les ondes mécaniques peuvent se rencontrer sans se perturber).



Remarque : Lorsqu’une onde arrive à un obstacle, elle change de sens de propagation on dit qu’elle est réfléchie.Une partie d’une onde peut se réfléchir lorsqu’elle se transmit d’un milieu à un autre.

IV- Célérité d’une onde.1- Définition : La célérité (La vitesse de propagation) d'une onde mécanique progressive est

égale au quotient de la distance d séparant deux points du milieu de propagation par la durée Δt qui sépare les dates de passage de l'onde en ces points :

Exprimée dans S.I en : ……………

2- Les facteurs influençant la célérité : a) Activité expérimentale 1 : A l’aide d’une simulation d’ondes mécaniques progressives le

long d’une corde, on crée une onde mécanique en changeant à chaque fois une de ses propriétés. Quels sont les facteurs qui influencent la célérité d’une onde mécanique ?

…………………………………………………………………………………………………………………………………….

…………………………………………………………………………………………………………………………………….

…………………………………………………………………………………………………………………………………….

…………………………………………………………………………………………………………………………………….

…………………………………………………………………………………………………………………………………….

…………………………………………………………………………………………………………………………………….

Exemple 1: La célérité des ondes le long de la corde est donnée par la relation :Avec T est la tension de la corde et la masse linéique de la corde.

Vérifier l’homogénéité de cette relation. …………………………………………………………………………………………………………………………………….

…………………………………………………………………………………………………………………………………….

…………………………………………………………………………………………………………………………………….

…………………………………………………………………………………………………………………………………….

…………………………………………………………………………………………………………………………………….

…………………………………………………………………………………………………………………………………….

b) Activité documentaire : Le tableau suivant donne la valeur de la célérité du son dans déférentes milieux :

la célérité du son dépend elle du milieu de propagation ? …………………………………………………………………………………….

Comment varie la célérité du son avec la densité du milieu

de propagation ? ………………………………………………………………………………….

………………………………………………………………………………….


....................................

Célérité milieu

332L’air 340L’air 965L’hélium

1480L’eau 3200La glace 5300Le verre

5900L’acier6200Le granite


………………………………………………………………………………….

………………………………………………………………………………….

………………………………………………………………………………….

V- Le retard temporel :Au cours de la propagation d’une onde mécanique non amortie, tous les points du milieu de propagation subissent la même perturbation que la source S mais avec un …………………..………..tel que :

………………………………….

En général: Le retard d’un point M’ par rapport un point M est donné par: ……..………………

L’élongation (la grandeur qui mesure la déformation) d’un point M est liée à celle de la source S par la

relation :

……………………………………………………………………..

ExercicesExercice1 :A un instant pris comme origine des dates(t=0s), l’extrémité S d’une corde élastique est soumise à une perturbation. La figure ci-dessous donne l’aspect de la corde à la date t1=2,4s:

1- S’agit-il d’une onde transversale ou longitudinale ? Justifier.2- Calculer la célérité de l’onde qui se propage le long de la corde.3- Quelle est la durée du mouvement d’un point de la corde au passage de l’onde ?4- A la date t1, quels sont les points de la corde qui s’élèvent et ceux qui descendent ?5- Dessiner l’aspect de la corde à l’instant t2=3,6s.6- Soit le point Q de la corde.6.1- A quelle date le point Q commence-t-il à bouger ?6.2- A quelle date le point Q cesse-t-il de bouger ?6.3- Décrire le mouvement du point Q.Exercice2 :Une onde transversale, de courte durée, se propage dans une corde, à partir de la source S selon la direction (xx’)


S sens de propagation M’M

A la date :tS M’M

A la date : t’

X(m)

S 1 P1

N1

M1 10 Q

0 0,1

t(s) 2

yS(cm)


avec une célérité v=1m.s-1.Le graphique au-dessus représente l’élongation (l’ordonné) y(t) du point S en fonction du temps.1- Quel est l’instant t1 correspondant au début de la perturbation au point S et Quel est l’instant t2 correspondant à sa fin?2- Décrire le mouvement d’un point M de la corde.3- Quel est l’amplitude de l’onde ?

4- Un point M de la corde situé à une distance de la source S.4.1- Déterminer la valeur du retard du point M par rapport à la source S ?4.2- En déduire la représentation graphique, en fonction du temps t, de l’élongation du point M.Exercice3 :Ahmed, se propose de déterminer la célérité Vm des ondes ultrasonores dans une barre, métallique de longueur L= 80 cm, et de la comparer à Vair.Pour cela, il dispose un émetteur de salves ultrasonores permettant d’émettre à la fois dans l’air et dans la barre. Les salves émises dans l’air et dans le métal sont émises simultanément et sont d’égale amplitude. À l’autre extrémité de la barre, il place deux récepteurs : un dans l’air, et l’autre en contact avec le métal. Les signaux aux bornes des deux récepteurs sont enregistrés à l’aide d’un système d’acquisition relié à un ordinateur (schéma n°1 ci-dessous).

Il réalise l’expérience et obtient l’enregistrement donné ci-dessous (schéma n°2). Les deux signaux ont été décalés verticalement pour plus de lisibilité.

On donne Vair=340m/s1-Exploitation de l’enregistrement :1-1- Sur le schéma n°2, identifier la trace n°1 et la trace n°2.1-2- Le déclenchement du système d'acquisition (t = 0 ms en abscisse) s'est-il produit à la date d'émission de la salve ?1-3- Mesurer la durée t qui sépare la détection d’une même salve dans l’air et dans le métal.1-4- Proposer une explication à la différence d’amplitude des deux signaux.2- Détermination de la célérité des ondes ultrasonores dans le métal : On appelle respectivement tair et tm, les durées de propagation des salves ultrasonores dans l’air et dans le métal.

2-1- Exprimer t en fonction de tair et de tm. En déduire l'expression suivante :∆ t=L .( 1V air

− 1V m

)

2-2- Donner l’expression littérale de vm.2-3- Calculer la valeur de vm.Exercice4 :Lors d'un séisme, la Terre est mise en mouvement par des ondes de différentes natures, qui occasionnent des secousses plus ou moins violentes et destructrices en surface.On distingue:



- les ondes P, les plus rapides, se propageant dans les solides et les liquides.- les ondes S, moins rapides, ne se propageant que dans les solides.L'enregistrement de ces ondes par des sismographes à la surface de la Terre permet de déterminer l'épicentre du séisme (lieu de naissance de la perturbation).Les schémas A et B modélisent la progression des ondes sismiques dans une couche terrestre.1- Les ondes P, appelées aussi ondes de compression, sont des ondes longitudinales. Les ondes S, appelées aussi ondes de cisaillement, sont des ondes transversales. Indiquer le schéma correspondant à chaque type d'onde.

2- Un séisme s'est produit à San Francisco (Californie) en 1989.Le document ci-dessous présente le sismogramme obtenu, lors de ce séisme à la station EUREKA

Le sismogramme a été enregistré à Eureka, station sismique située au nord de la Californie. L'origine du repère (t = 0 s) a été choisie à la date du début du séisme à San Francisco.Le sismogramme présente deux trains d'ondes repérés par A et B.2.1- À quel type d'onde (S ou P) correspond chaque train? Justifier votre réponse à l'aide du texte d'introduction.2.2-. Sachant que le début du séisme a été détecté à Eureka à 8 h 15 min 20 s TU (Temps Universel), déterminer l'heure TU (h ; min ; s) à laquelle le séisme s'est déclenché à l'épicentre.2.3- Sachant que les ondes P se propagent à une célérité moyenne de 10 km.s-1, calculer la distance séparant l'épicentre du séisme de la station Eureka.2.4- Calculer la célérité moyenne des ondes S.Exercice5 :La prospection par échographie qui utilise les ondes ultra sonores est l’une des méthodes utilisées pour déterminer l’épaisseur des couches souterraines1- Détermination de la célérité des ondes ultra sonores dans l’air :On met sur une même ligne droite un émetteur d’ondes sonores E et deux récepteurs R1 et R2 séparés par la distance d = 0,5 m.On visualise sur un oscilloscope à travers les entrée Y1 et Y2 les deux signaux reçus par R1 et R2 et on obtient l’oscillogramme représenté sur la figure 2 . A représente le début du signal reçu par R1 et B le début du signal reçu par R2 .


Schéma BSchéma A

Sens de propagation de l'ondeSens de propagation de l'onde

Matériau non déformé

Matériau non déformé


1-1- En se basant sur la figure 2, déterminer le retard temporel τ entre les signaux reçu par R1 et R2. 1-2- Déterminer Vair la célérité des ondes ultra sonores dans l’air. 1-3- Écrire l’expression de l’élongation y du point B à l’instant t en fonction de l’élongation du point A. 2- Détermination de l’épaisseur d’une couche souterraine de pétrole :Pour déterminer l’épaisseur L d’une couche souterraine de pétrole, un des ingénieurs a utilisé une sonde de prospection par échographie.La sonde émet à l’instant to = 0 un signal ultra sonore de courte durée dans la direction perpendiculaire à la surface libre de la couche de pétrole. Une partie de ce signal est réfléchie par la surface libre , tandis que la deuxième partie se propage dans la couche pour subir une deuxième réflexion sur le fond de la couche et revenir vers la sonde en se transformant en un signal de courte durée aussi .(fig 3)La sonde détecte a l’instant t1 la raie P1 qui correspond à l’onde réfléchie sur la surface de la couche de pétrole, et a l’instant t2 la raie P2 qui correspond à l’onde réfléchie sur le fond de la couche de pétrole.La figure 4 représente le diagramme des deux raies correspondant aux deux ondes réfléchies. Déterminer l’épaisseur L de la couche de pétrole sachant que la célérité des ondes ultra sonore dans le pétrole brute est v = 1,3 km.s-1.Exercice6 :Les chauves-souris se déplacent et chassent dans l’obscurité grâce à un système très perfectionné d'écholocation : elles émettent des signaux ultrasonores et en exploitent les échos.Une chauve-souris se dirige vers un mur perpendiculairement à celui-ci avec la vitesse v =6,0 m.s-1. Un signal émis lorsqu’elle se trouve à la distance D = 3,0 m du mur produit un écho qu'elle perçoit après une durée Δt.1. Donner l'expression littérale de la distance d parcourue par la chauve-souris pendant la durée de l'écho Δt, en fonction de v et Δt. 2. Donner l'expression littérale de la distance de propagation du signal d(son) pendant son aller-retour en fonction de D, v et Δt.

3. Montrer que l'expression de la durée de l'écho Δt est : Δt=2.D

V son+V Calculer la durée Δt.

4. Si on néglige le déplacement de la chauve-souris pendant la durée de l'écho, que devient l'expression précédente de Δt ? Calculer la nouvelle valeur de Δt1 et commenter le résultat.5. la chauve-souris peut-elle éviter le mur sachant que par réflexe naturel, son temps de réaction est de 100ms ? Donnée : Célérité des ultrasons dans l'air: vson=340 m.s-1

Exercice7 :La foudre est une décharge électrique frappant la terre qui s’accompagne d’une mission lumineuse (l’éclaire) et sonore(le tonnerre).Soit d la distance le lieu de l’orage de l’observateur. Soit Δt la durée séparant la perception du tonnerre de celle de l'éclair.1- exprimer la distance d en fonction de v et de t si on considère la propagation de la lumière comme pratiquement instantanée.2- sans faire aucune simplification, exprimer la distance d en fonction de c, v et Δt.3- mettre l'expression de d sous forme: 4- montrer que le rapport v/c est nettement plus petit que 1. Conclure.5- calculer la valeur de d pour Δt= 5.2s.



6- Si cette personne avait écouté le tonnerre sur le sol solide, quel serait le décalage Δt des ondes sonores, sachant que le son se propage dans le sol à une vitesse v = 3000m.s-1 ?Donnéescélérité de la lumière dans l'air c=300 000 km.s-1

célérité du son dans l'air: v=340 m.s-1


chimiephysiquescience.files.wordpress.com · web view2020. 11. 8. · unité 1 : les ondes...

Documents