Doc 1 : La houle (d’après le site web de l’IFREMER)
En océanographie, les ondes se matérialisent par une déformation de la surface de l'océan. Les particules d'eau mises en mouvement au passage d'une onde se déplacent avec un petit mouvement vertical qui leur est propre, mais restent en moyenne à la même position.
La houle est formée par le vent : c'est un phénomène périodique, se présentant sous l'aspect de vagues parallèles avec une longueur d'onde de l'ordre de 100 m au large, où la profondeur moyenne de l'océan est d'environ 4000 m.
On peut classer les ondes de surface, en fonction de leurs caractéristiques et de celles du milieu de propagation, en "ondes courtes" et en "ondes longues".
- Ondes courtes : lorsque la longueur d'onde est faible par rapport à la profondeur locale h de l'océan (au moins
< h 2).- Leur célérité v est définie par :
v =
g.λ2π
- Ondes longues : lorsque la longueur d'onde est très grande par rapport à la profondeur h de l'océan (>10.h), les ondes sont appelées ondes longues.
Leur célérité v est définie par:
v = g. h
(Note: g est l'intensité du champ de pesanteur terrestre; on prendra g = 10 m.s–2).
Doc 2 : Simulation de la houle grâce à une cuve à ondes
. Fig.1 Une cuve à ondes est un dispositif permettant d’observer la propagationd’ondes à la surface de l’eau (figure 1). Sur cette photo on voit la partie supérieure de la cuve à ondes : c’est une plaque transparente en verre, remplie d’eau.
Sur la droite un vibreur (ici, en forme de règle) vient frapper régulièrement la surface de l’eau. Des vaguelettes (ondes planes à la surface de l’eau) sont créées et se propagent vers la gauche. Une lampe éclaire par le dessus ces vaguelettes et l’image est renvoyée grâce à un miroir sur la face avant de la cuve afin d’observer ces ondes.
Pourquoi observe-t-on des parties brillantes et des parties sombres ?
La surface de l’eau présente des bosses et des creux (figure 2).
Les zones blanches correspondent au sommet des vagues et les zones sombres aux creux.
Doc 3 : Vidéo à votre disposition.
Enregistrement vidéo nommé « onde sur cuve.avi » à ouvrir grâce à la fenêtre vidéo de LATISPRO Information : le vibreur à l'origine de l'onde périodique vibre à la fréquence de 12,3 Hz
Ondes Mécaniques
Tp 3 Des ondes à la surface de l’eau. Ondes et Signaux
Séquence 1
Fig.2
Exploitation.
1. Détermination des caractéristiques de l’onde à la surface de l’eau.
a. Des vagues à la surface de l’eau déplacent-elles une bouée lors de leur passage ? http://scphysiques.free.fr/animations/anims/ondes/OMP4.swf
Décrire le mouvement de la bouée de la figure 2 lors du passage de l’onde progressive.
b. L’onde générée à la surface de l’eau se répète-t-elle en un point de façon périodique ? Est-elle sinusoïdale ?
c. Comment repérer les points de la surface de l’eau qui vibrent en phase ? Justifier la position de la longueur d’onde sur la figure 2.
d. Analyse de la vidéo :
- Utiliser la fiche d’aide « analyser une vidéo avec Latispro » pour déterminer la vitesse de propagation de l’onde à la surface de l’eau.
- Par observation d'une image de la vidéo, déterminer la valeur de la longueur d'onde .
- Calculer la période T de l’onde sinusoïdale à la surface de l’eau.
- L'information donnée dans le document n°3 est-elle cohérente ?
e. Au large de la pointe bretonne, à une profondeur de 3000 m, la houle s’est formée avec une longueur d’onde b = 60 m.
Calculer la célérité vb de cette houle. En déduire sa période T.
f. La houle atteint une côte sablonneuse et rentre dans la catégorie des ondes longues, sans changement de période. Calculer la nouvelle célérité vS de la houle lorsque la profondeur est égale à 4,0 m ainsi que sa nouvelle longueur d’onde.
2. Simulation de l’onde en langage python.
La figure du document 4 représente la position (la hauteur) d’un point de l’eau au cours du temps lors du passage d’onde mécanique périodique.
a. Déterminer la période T et l’amplitude de l’onde.
b. Un langage de programmation permet de simuler la propagation de cette onde mécanique progressive.
- Ouvrir avec EduPython le code python ci-dessus (présent dans le dossier de votre classe)
- Compléter le code python afin d’obtenir une onde de même période et de même amplitude que celle du document 4.
- Renseigner le nom des axes : X (en m) pour les abscisses ; Y (en m) pour les ordonnées. Donner un titre à l’animation.
- Lancer l’animation et déterminer la valeur de la longueur d'onde .
- Calculer la vitesse de l’onde. Retrouve-t-on la valeur du programme python ?
c. En modifiant la valeur de la période temporelle et celle de l’amplitude de l’onde, étudier leur influence sur la représentation de l’onde.
Doc 4 :
