PARTIE OBSERVER
AE DEFINIR UNE ONDE PROGRESSIVE
Pratiquer une démarche expérimentale visant à étudier qualitativement et quantitativement un phénomène de propagation d’une onde.
Problématique :
A l'aide d’un clip vidéo et d’un logiciel de pointage, déterminer la célérité d’une l'onde se propageant le long d’une corde et d’un ressort. Définir la période spatiale et temporelle d’une onde sinusoïdale
Activité 1 : Célérité d'une onde le long d'une corde – Analyse d'une vidéo Analyse qualitative
2°) Sur deux schémas, l’un au-dessus de l’autre, représenter l’allure de la corde à deux dates différentes t1 et t2. Légender les schémas avec les termes suivants :
perturbation, début, fin, t1, t2, sens de propagation de l’onde, distance d parcourue.
3°) Le type d’onde qui se propage le long de la corde : est une onde mécanique (car elle se propage dans un milieu matériel le long de a corde), transversale car un point du milieu se déplace perpendiculairement au sens de propagation
4°) L’onde qui se propage est-elle qualifiée de « progressive » et « à une dimension » car elle se propage de proche en proche horizontalement dans une seule direction de l’espace.
5°) On note v la célérité (ou vitesse de propagation) de l’onde : exprimer la célérité v en fonction des notations de la question 2) et indiquer les unités de chaque grandeur.
v = d / t avec d en mètre (m) et t en secondes (s) et v en m.s-1
Perturbation t1
t2
distance parcourue
Analyse quantitative : mesure de la célérité
6°) On choisit deux points du tableau. Par exemple les points 2 et 5.
𝑣 =0.768 − 0.244
0.445 − 0.295= 3.5 𝑚. 𝑠−1
Attention, même si l’ordinateur donne 3 chiffres significatifs, la faible précision du dispositif (image floue, « cliquage » peu précis) n’autorise que 2 chiffres significatifs.
Activité 2 Onde le long d’un ressort :
Charger le clip vidéo « Propagation le long d’un ressort ».
1) Donner l’allure de la perturbation
On trouve des zones de compression dilatation
2) Le type d’onde qui se propage le long du ressort est une onde mécanique progressive à une dimension longitudinale car un point du milieu se déplace parallèlement à la direction de propagation.
3) Déterminer la valeur de la célérité v de l'onde se propageant le long du ressort. Détailler les calculs.
𝑣 =0.964 − 0.398
0.390 − 0.310= 5.6 𝑚. 𝑠−1
Activité 3 Cuve à ondes
On crée une perturbation périodique de fréquence constante à la surface de l’eau.
On a déposé au fond de la cuve à onde un objet de taille connue pour déterminer l’échelle du dispositif.
On filme à 15 images par seconde l’écran dépoli de la cuve, marqué en son centre d’un point de repère M.
Visualiser le clip vidéo « Cuve » Période temporelle
1°) En visionnant le film image par image, compter le nombre d’images à faire défiler pour observer le passage de 10 rides brillantes sur le point M.
On compte 37 images soit 36 intervalles de 66ms soit 2376ms
On peut aussi visualiser la date de passage sur le point M d’une première frange (66ms) et visualiser la date a laquelle on a laissé défiler 10 franges brillantes (2599 ms) d’où 10T =2599 -66 = 2533 ms
2°) a) Déterminer et calculer la plus petite durée T ; pour qu’un point de la surface se retrouve dans le même état vibratoire : Cette durée est appelée la période temporelle.
10T =2376.10-3 donc T=0, 24 s (0,25s par l’autre méthode) b) En déduire la fréquence de l’onde.
F =1/T = 4 Hz environ
Période spatiale
On a isolé une photo du film prise à un instant donné.
a) La perturbation est périodique dans
l’espace car les franges brillantes sont équidistantes..
Mesurer la plus petite distance entre deux
points du milieu dans le même état vibratoire. Cette distance est période spatiale ou longueur d’onde λ.
b) Trouver une relation en T, λ et v, célérité de l’onde On mesure l’interfrange i = 1,4 cm (sur la photo ci contre, sur la photo agrandie de l’ordre de 5 cm )
On mesure la longueur de la spatule l = 4 cm (12,5 cm)
λ = (1,4 /4)x15.2 = 5,3 cm sur la photo agrandie (5/12,5x15,2 = 6 cm) Données : longueur de la spatule l=15,2 cm
