Ondes mécaniques progressives périodiques 2ème Bac – Cours complet

Après avoir découvert le concept de propagation, ce chapitre aborde les ondes mécaniques progressives périodiques 2ème bac. Ce cours est très important pour les élèves des filières 2bac sciences physique, 2bac sciences maths et 2bac svt. Nous allons y définir la double périodicité (spatiale et temporelle), la relation liant la vitesse à la longueur d’onde, ainsi que le célèbre phénomène de diffraction. La maîtrise de ces notions est indispensable pour analyser les ondes à la surface de l’eau ou le long d’une corde.

1. La double périodicité de l’onde

Une onde mécanique progressive est dite périodique si la déformation imposée par la source se répète identique à elle-même à des intervalles de temps réguliers. Cette onde possède une double périodicité : temporelle et spatiale.

La périodicité temporelle (La période T)

La période temporelle (notée T) est la durée minimale nécessaire pour qu’un point quelconque du milieu retrouve le même état vibratoire. Elle s’exprime en secondes (s). On lui associe souvent la fréquence (N ou f), qui représente le nombre de périodes par seconde, exprimée en Hertz (Hz). La relation est : f = 1 / T.

La périodicité spatiale (La longueur d’onde λ)

La longueur d’onde (notée λ, lamba) est la distance constante qui sépare deux points consécutifs vibrant exactement dans le même état. C’est la plus petite distance au bout de laquelle l’aspect du milieu se répète. La longueur d’onde représente aussi la distance parcourue par l’onde pendant une durée égale à une période T. Son unité est le mètre (m).

La relation fondamentale liant la célérité (v) de l’onde à ses deux périodicités est :

v = λ / T = λ × f

2. Comparaison du mouvement de deux points

Dans de nombreux exercices de 2bac sciences maths et de 2bac sciences physique, on vous demandera de comparer l’état vibratoire de deux points (M1 et M2) du milieu de propagation séparés par une distance d.

• Vibration en phase : Si la distance d est un multiple entier de la longueur d’onde (d = k.λ, avec k un entier), alors les deux points vibrent en même temps et de la même manière. Ils atteignent leurs sommets et leurs creux simultanément.
• Vibration en opposition de phase : Si la distance d s’écrit sous la forme d = (2k + 1).(λ / 2), avec k un entier, les points vibrent en opposition. Quand l’un monte, l’autre descend. L’élongation de l’un est l’opposé de l’élongation de l’autre.

3. Le phénomène de diffraction

Lorsqu’une onde mécanique progressive périodique rectiligne rencontre un obstacle muni d’une fente de largeur (a), elle peut subir le phénomène de diffraction. C’est un concept extrêmement important pour les élèves de 2bac svt.

• Condition de diffraction : Le phénomène de diffraction se produit de façon très nette si et seulement si la largeur de la fente (a) est inférieure ou égale à la longueur d’onde (a ≤ λ).
• Propriétés de l’onde diffractée : Après la fente, l’onde change de forme (elle devient circulaire au lieu de rectiligne). Cependant, elle conserve absolument toutes ses autres caractéristiques initiales : même célérité (v), même longueur d’onde (λ) et même fréquence (f).

Si la condition n’est pas remplie (a > λ), l’onde passe à travers la fente sans changer de forme, elle est simplement diaphragmée.

Comprendre parfaitement les ondes mécaniques progressives périodiques 2ème bac exige d’appliquer ces formules sur des exemples concrets (calcul de fréquences, mesure de longueurs d’onde sur un graphe). C’est pourquoi nous vous invitons à télécharger nos séries d’exercices d’application.