Essentiel à retenir : ondes / compétences exigibles bac S
Chapitre 1: ondes
mécaniques progressives
Propagation d'une perturbation une onde mécanique progressive correspond au
phénomène de propagation d'une perturbation dans un milieu, sans déplacement de
matière. Cette perturbation modifie temporairement ses propriétés mécaniques
(vitesse, position, énergie) .
Ondes transversales et longitudinales (expérience)
Lorsque le déplacement temporaire de matière au passage de la
perturbation est perpendiculaire à la direction de propagation, on dit que
l'onde est transversale. L'onde est
dite longitudinale si la perturbation se déplace dans la même direction que
celle de la propagation.
Célérité de l'onde (vidéo). La célérité 'c' d'une onde mécanique progressive correspond à la vitesse
de déplacement d'une perturbation dans le milieu de propagation. Elle est égale
à la distance 'd' parcourue par la perturbation divisée par la durée t du parcours :
unité: m.s-1
La célérité d'une onde dans un milieu dépend de l'état du milieu
(plus le milieu est rigide plus la célérité est importante) et de la fréquence
de l’onde dans le cas des milieux dispersifs. Elle ne dépend pas de son
amplitude.
Propriétés
des ondes mécaniques :Une onde se propage dans toutes les directions possibles (en 1, 2 ou
3 dimensions) . La perturbation se transmet de proche en proche dans le milieu
de propagation sans transport de matière, mais avec transport d'énergie ! Pour
la transmission il y a nécessité d'un milieu matériel (gaz, solide ou liquide).
2 ondes mécaniques se croisent
sans se perturber.
Retard de la perturbation (vidéo) une onde mécanique progressive qui se
déplace dans une seule direction de propagation est une onde progressive à une
dimension (exemple : propagation le long d'une corde). Une onde à une dimension arrive en M à
l'instant t et en M' à l'instant t'. La perturbation
en M' (identique à celle provenant de M) arrive avec un retard tel que:
avec v (m.s-1)
célérité de l'onde dans le milieu.
Chapitre 2 : ondes
mécaniques progressives périodiques
Périodicité spatiale et
temporelle (Expérience). Une onde mécanique progressive périodique possède 2 périodicités :
une périodicité temporelle
T(s) : c’est
la durée minimale au bout de laquelle le
phénomène se répète identique à lui même
(durée minimale au bout de laquelle le point reprend son élongation maximale).
Tout point du milieu vibre de façon périodique avec la même période de
vibration que la source émettrice (le vibreur) .
La
fréquence f du phénomène
périodique est égale à l'inverse de la période. f = 1/T
Unité: Hertz (Hz)
une périodicité spatiale (m) : c’est la
distance minimale séparant 2 points qui vibrent en phase. C’est la
distance parcourue par l’onde en une période T.
La
relation liant la longueur d'onde, la périodicité spatiale et la vitesse de
propagation est :
Unités : (m) , c (m.s-1), T
(s) (Vidéo)
Ligne
d'onde et surface d'onde. Propagation
bidimensionnelle : On appelle ligne d'onde une ligne du milieu de propagation sur
laquelle tous les points vibrent en phase. Propagation
tridimensionnelle: on appelle surface d'onde une surface du milieu de propagation
sur laquelle tous les points vibrent en phase.
Le
phénomène de diffraction (Expérience). Lorsqu'une
onde mécanique progressive sinusoïdale passe à travers une ouverture de largeur
'a' de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde, elle se propage, à la sortie
de l'ouverture, dans toutes les directions. Chaque point de l'ouverture
se comporte comme une source d'onde progressive de même fréquence que l'onde
incidente. Ce phénomène est appelé la diffraction.
La diffraction ne modifie pas la
période de vibration et la célérité de l'onde (donc la longueur d'onde). Elle modifie la direction de
propagation.
Dispersion (Expérience) Soient 2 ondes mécaniques de
périodicités temporelles différentes T1 et T2 se propageant dans le même
milieu. Si leurs célérités v1 et v2 sont différentes dans ce milieu, on dit
qu'il y a un phénomène de dispersion : Un milieu est dispersif si la célérité de l'onde à travers ce milieu
dépend de sa périodicité temporelle. C'est le cas de l'eau pour la houle, ou
des radiations lumineuses à travers certains milieux transparents.
exemple :
f1 = 1/T1
= 10 Hz v1 = 5 m.s-1
f2 = 1/T2 = 13 Hz v2 = 5,5 m.s-1
le milieu est dispersif
Chapitre 3 : la
lumière modèle ondulatoire
_ La lumière est une onde électromagnétique. A chaque onde
lumineuse correspond une fréquence (nu) et une période T telle que:
unité : (Hz) ; T(s)
_ La célérité d'une onde lumineuse dans le vide est c =
Lumière mono et polychromatique : La lumière blanche est composée de
différentes radiations lumineuses constituant son spectre lumineux
continu. Il s'agit d'une lumière polychromatique. Une lumière polychromatique
est constituée de plusieurs ondes électromagnétiques, chacune correspondant à
une couleur.
Diffraction
de la lumière (Expérience). Lorsqu'une
onde lumineuse traverse un trou ou rencontre une fente de largeur 'a', de même
ordre de grandeur que sa longueur d'onde, on observe un phénomène de
diffraction.
Ouverture angulaire du faisceau diffracté
d(m): distance entre le centre de la
figure de diffraction et le milieu de la première extinction.
Célérité de la lumière dans les milieux transparents Un milieu transparent laisse passer la
lumière. La célérité de la lumière à travers le milieu dépend :
a) du milieu considéré. La célérité v
de la lumière dans ce milieu est inférieure à celle de la lumière 'c' dans le
vide : v(milieu) < c (vide)
b) de la fréquence de l'onde lumineuse dans ce milieu.
Attention : la fréquence de l'onde n'est pas modifiée quand elle traverse différents
milieux. La longueur d'onde et la célérité dépendent du milieu traversé.
Indice de réfraction : L'indice de réfraction n d'une onde
électromagnétique de fréquence dans un milieu transparent est égal au rapport de la
célérité de la lumière dans le vide c sur la célérité 'v' de la lumière dans le
milieu considéré.
v’(m.s-1) célérité de l'onde dans le milieu transparent.
Dispersion de la lumière (Vidéo d’expérience)
La plupart des milieux transparents, autres que le vide et l'air, sont
dispersifs : la célérité de l'onde à travers le milieu dépend de sa
fréquence. A chaque longueur d’onde correspond donc un indice de réfraction n =
c/v.
Conclusion : toutes les radiations composant la lumière blanche sont
dispersées à l'intérieur du prisme.
Avant chaque ds inscrire dans la case acquis si la compétence est maitrisée ou non et rendre avec le DM
les définitions à connaître. |
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Compétences exigibles au baccalauréat |
Acquis |
définitions |
exercices |
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1- Les ondes mécaniques progressives |
Définir
une onde mécanique et sa célérité. |
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Définir
et reconnaître une onde transversale et une onde longitudinale. |
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Connaître
et exploiter les propriétés générales des ondes. |
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Définir
une onde progressive à une dimension |
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savoir
que la perturbation en un point du milieu, à l'instant t, est celle qu'avait la
source au temps t' = t - tau, tau étant le retard (dans un milieu non
dispersif). |
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Exploiter
la relation entre le retard, la distance et la célérité. |
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Exploiter
un document expérimental (chronophotographies, vidéo) donnant l'aspect de la
perturbation à des dates données en fonction de l'abscisse: interprétation,
mesure d'une distance, calcul d'un retard et/ou d'une célérité. |
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Exploiter
un document expérimental (oscillogrammes, acquisition de données avec un
ordinateur...) obtenu à partir de capteurs délivrant un signal lié à la
perturbation et donnant l'évolution temporelle de la perturbation en un point
donné: interprétation, mesure d'un retard, calcul d'une célérité, calcul
d'une distance. |
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Compétences exigibles au baccalauréat |
Acquis |
définitions |
exercices |
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2- Ondes progressives mécaniques périodiques |
Reconnaître
une onde progressive périodique et sa période. |
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Définir
pour une onde progressive sinusoïdale, la période, la fréquence, la longueur
d'onde. |
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Connaître
et utiliser la relation lambda = vT, , connaître la signification et l'unité de chaque terme |
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savoir
justifier la relation lambda = vT par une équation
aux dimensions. |
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Reconnaître
sur un document un phénomène de diffraction. |
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Savoir,
pour une longueur d'onde donnée, que le phénomène de diffraction est d'autant
plus marqué que la dimension d'une ouverture ou d'un obstacle est plus
petite. |
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Définir
un milieu dispersif. |
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Exploiter
un document expérimental (série de photos, oscillogramme, acquisition de données
avec un ordinateur...): détermination de la période, de la fréquence, de la
longueur d'onde. |
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Compétences exigibles au baccalauréat |
Acquis |
définitions |
exercices |
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3- La lumière, modèle ondulatoire |
Savoir
que, étant diffractée, la lumière peut être décrite comme une onde. |
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Connaître
l'importance de la dimension de l'ouverture ou de l'obstacle sur le phénomène
observé. |
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Exploiter
une figure de diffraction dans le cas des ondes lumineuses. |
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Connaître
et savoir utiliser la relation lambda = c / v , la
signification et l'unité de chaque terme. |
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Connaître
et utiliser la relation thêta = lambda / a , la signification
et l'unité de chaque terme. |
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Définir
une lumière monochromatique et une lumière polychromatique. |
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Connaître
les limites des longueurs d'onde dans le vide du spectre visibles et les
couleurs correspondantes |
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Situer
les rayonnements ultraviolets et infrarouges par rapport au spectre visible. |
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Savoir
que la lumière se propage dans le vide et dans les milieux transparents. |
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Savoir
que la fréquence d'une radiation monochromatique ne change pas lorsqu'elle
passe d'un milieu transparent à un autre. |
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Savoir
que les milieux transparents sont plus ou moins dispersifs. |
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Définir
l'indice d'un milieu transparent pour une fréquence donnée. |
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