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Définition et exemplesUne onde mécanique est la propagation d'une perturbation dans un milieu matériel sans transport de matière, mais avec transport d'énergie. Par exemple, lorsqu'on laisse tomber une pierre dans l'eau, des rides se forment à la surface : l'eau ne se déplace pas horizontalement, seule la déformation se propage. Le son est aussi une onde mécanique : les molécules d'air vibrent autour de leur position d'équilibre. Une onde mécanique nécessite donc un milieu matériel (solide, liquide, gaz) pour se propager ; elle ne peut pas se déplacer dans le vide.
📖 Définition
Onde mécanique : propagation d'une perturbation dans un milieu matériel, avec transport d'énergie mais sans déplacement global de matière.
💡 À retenir : Une onde mécanique transporte de l'énergie sans transporter de matière.
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Ondes transversales et longitudinalesOn distingue les ondes transversales, où la perturbation est perpendiculaire à la direction de propagation (ex. : vague à la surface de l'eau, corde vibrante), et les ondes longitudinales, où la perturbation est parallèle à la direction de propagation (ex. : son dans l'air, onde sismique P). Dans une onde longitudinale, le milieu subit des compressions et des dilatations successives. La célérité de l'onde dépend des propriétés du milieu (élasticité, inertie).
🔍 Exemple
Onde transversale : corde de guitare. Onde longitudinale : son dans l'air.
💡 À retenir : Transversale : perturbation ⟂ propagation ; Longitudinale : perturbation ∥ propagation.
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Période, fréquence, longueur d'ondeLa période T (en s) est la durée d'une oscillation complète. La fréquence f (en Hz) est le nombre d'oscillations par seconde : f = 1/T. La longueur d'onde λ (en m) est la distance parcourue par l'onde pendant une période. La célérité v (en m/s) est la vitesse de propagation de l'onde. Ces grandeurs sont liées par la relation fondamentale : v = λ / T = λ × f.
⭐ À retenir
La relation v = λ × f est valable pour toutes les ondes mécaniques périodiques.
💡 À retenir : La célérité v dépend du milieu, pas de la fréquence.
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Mesure de la céléritéPour une onde se propageant à vitesse constante v, la distance d parcourue pendant une durée t est d = v × t. Si l'on mesure le retard τ entre l'émission et la réception d'une onde à une distance d, on peut déterminer la célérité : v = d / τ. Cette méthode est utilisée pour mesurer la vitesse du son dans l'air. La célérité du son dans l'air à 20°C est d'environ 340 m/s.
🔍 Exemple
Avec un haut-parleur et un micro séparés de 1,00 m, on mesure un retard de 2,94 ms. v = 1,00 / 0,00294 ≈ 340 m/s.
💡 À retenir : v = d / τ permet de calculer la célérité d'une onde.