Ressources · 1ʳᵉ · Spécialité Physique-Chimie

Fiche de révision : Ondes mécaniques et propagation

Onde progressive, transversale ou longitudinale ; célérité et milieu ; retard et localisation d’une source ; double périodicité, λ = vT ; points en phase, changement de milieu ; mesures et simulation en Python.

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benprofparticulier.frSpécialité Physique-Chimie · Première

Ondes mécaniques : propagation et périodicité

Fiche méthode

(Physique-chimie 1ʳᵉ spécialité · Ondes et signaux · Ondes mécaniques)

La démarche face à une onde

1. Je décris l’onde : source, milieu, perturbation, type (transversale ou longitudinale).

2. Je repère le trajet réellement parcouru (simple trajet, aller-retour, écart entre deux arrivées) et je convertis en m et en s.

3. Je lis les graphiques en regardant l’axe horizontal : temps → $T$ ; position → λ ; plusieurs motifs, puis division.

4. J’applique $v = \frac{d}{Δ t}$ , $τ = \frac{d}{v}$ , $λ = v T = \frac{v}{f}$ .

5. Je contrôle l’unité et l’ordre de grandeur de la célérité dans ce milieu.

Le réflexe — la fréquence est fixée par la source, la célérité par le milieu, la longueur d’onde par les deux.

Cas 1 · Décrire une onde mécanique

Réflexe — direction du mouvement d’un point / direction de propagation.

Exemple. Un tambour : la peau frappée vibre et fait vibrer l’air devant elle. Type de l’onde dans l’air ?

L’air est comprimé puis dilaté dans la direction où le son avance : onde longitudinale, qui transporte de l’énergie, pas d’air.

Attention — transversale ne veut pas dire verticale.

Cas 2 · Calculer une célérité

Réflexe — $v = \frac{d}{Δ t}$ en m et en s.

Exemple. Une vague parcourt 8,4 m le long d’une digue en 1,2 s. Célérité ?

$v = \frac{8, 4}{1, 2} =$ 7,0 m·s⁻¹, un ordre de grandeur normal pour une vague.

Attention — célérité de l’onde ≠ vitesse d’un point du milieu.

Cas 3 · Calculer un retard, localiser

Réflexe — $τ = \frac{d}{v}$ ; pour localiser : différence de deux temps de trajet.

Exemple. Un hydrophone est à 45 m d’un plongeur qui frappe sa bouteille ; son dans l’eau : 1 500 m·s⁻¹. Retard ?

$τ = \frac{45}{1 500} =$ 0,030 s, soit 30 ms.

Attention — un écart entre deux arrivées n’est pas un temps de trajet.

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Cas 4 · Relier λ, v et T

Réflexe — $λ = v T = \frac{v}{f}$ .

Exemple. Un haut-parleur émet un son de 850 Hz dans l’air (340 m·s⁻¹). Longueur d’onde ?

$λ = \frac{340}{850} =$ 0,40 m.

Attention — $n$ crêtes = $n - 1$ longueurs d’onde.

Cas 5 · Comparer deux points

Réflexe — $\frac{d}{λ}$ entier → en phase ; entier + 0,5 → opposition.

Exemple. λ = 0,60 m. Points distants de 3,3 m ?

$\frac{3, 3}{0, 60} = 5, 5$ : opposition de phase.

Attention — au changement de milieu, $f$ se conserve, pas λ.

Cas 6 · Mesurer λ avec deux récepteurs

Réflexe — compter $n$ retours en phase sur $D$ : $λ = \frac{D}{n}$ .

Exemple. Ultrasons de 25 kHz : 6 retours en phase sur 8,2 cm. λ et v ?

$λ = \frac{8, 2}{6} \approx 1, 37$ cm ; $v \approx 0, 01367 \times 25 000 \approx$ 342 m·s⁻¹.

Attention — partir de signaux en phase et compter sur une grande distance.

Les pièges

Confondre la célérité de l’onde et la vitesse des points du milieu.
Lire λ sur un graphique en fonction du temps, ou T sur l’aspect du milieu.
Croire que la célérité dépend de l’amplitude ou de la force de la source.
Garder λ au changement de milieu : c’est $f$ qui se conserve.
Oublier les conversions : ms, µs, cm, kHz.

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À propos de cette page

La fiche méthode tient en deux pages : la démarche face à une onde en cinq étapes, puis un exemple corrigé par cas — un tambour, une vague le long d’une digue, un hydrophone, un haut-parleur de 850 Hz, deux points comparés à λ, une mesure avec deux récepteurs — et les pièges à éviter.

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