Au programme de ce chapitre
- I. Qu'est-ce qu'une onde mécanique ?
- II. La célérité d'une onde
- Savoir-faire
- Exercices types corrigés
- Teste-toi — vrai ou faux ?
- Pièges fréquents et astuces
- À retenir
La définition à retenir
Définition Une onde mécanique est la propagation d'une perturbation dans un milieu matériel (solide, liquide ou gaz). Elle transporte de l'énergie, mais pas de matière : chaque point du milieu bouge un peu autour de sa position d'équilibre, puis y revient.
Un exemple corrigé
Exemple Un bouchon posé sur l'eau monte et descend quand une vague passe, mais il n'avance presque pas. Dans un stade, lors d'une « ola », la vague fait le tour des tribunes alors que chaque supporter reste à sa place : il se lève puis se rassoit.
Lexique
- onde mécanique
- propagation d'une perturbation dans un milieu matériel, sans transport de matière
- célérité
- vitesse de propagation d'une onde (en m/s)
- onde transversale
- onde où le milieu bouge perpendiculairement à la propagation
- onde longitudinale
- onde où le milieu bouge parallèlement à la propagation
Les erreurs fréquentes à éviter
Piège — confondre la vitesse du milieu et la célérité de l'onde. Le bouchon sur l'eau monte et descend à quelques centimètres par seconde, alors que la vague avance à plusieurs mètres par seconde. La célérité v = d / Δt est celle de la perturbation, pas celle des points du milieu.
Piège — oublier l'aller-retour dans un écho. Si tu cries face à une falaise et que tu entends l'écho 2,4 s plus tard, la falaise n'est pas à 340 × 2,4 = 816 m mais à 340 × 2,4 / 2 ≈ 4,1 × 102 m.
Attention Le son est une onde mécanique : il a besoin d'un milieu pour se propager. Dans le vide (dans l'espace, entre la Terre et la Lune), il n'y a pas de son. Les explosions bruyantes des films de science-fiction sont donc fausses.
L'astuce du prof
Astuce. Convertis tout en m et en s avant de calculer : 1 ms = 10−3 s et 1 km/s = 1 000 m/s. Une erreur d'unité donne un résultat faux d'un facteur 1 000.
Exercices corrigés
Cherche d'abord seul, puis ouvre la correction.
Exercice 1 — Une secousse sur une corde
Tu secoues une fois l'extrémité d'une corde tendue de 12,0 m. La bosse ainsi créée met 0,40 s pour arriver à l'autre bout. Calcule la célérité de l'onde.
Voir la correction
On applique v = d / Δt avec d = 12,0 m et Δt = 0,40 s : v = 12,0 / 0,40 = 30 m/s. Cette valeur est la vitesse de la perturbation, pas celle de ta main.
Exercice 2 — Quel type d'onde ?
Classe chaque situation en onde transversale ou longitudinale : (a) tu pousses puis tires sur l'extrémité d'un long ressort, dans l'axe du ressort ; (b) tu secoues de haut en bas l'extrémité d'une corde posée à l'horizontale ; (c) la membrane d'un haut-parleur avance et recule dans l'air.
Voir la correction
- (a) Longitudinale : les spires vont et viennent dans l'axe, parallèlement à la propagation.
- (b) Transversale : la corde monte et descend, perpendiculairement à la direction dans laquelle l'onde avance.
- (c) Longitudinale : l'air est comprimé puis dilaté dans le sens de propagation du son.