Fiches de révision de Physique.

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[pic 15]

Une onde progressive périodique présente une double périodicité :

Périodicité temporelle : la durée qui sépare l'arrivée de deux perturbations successives en un point donné de l'espace est appelée période temporelle T, elle s'exprime en seconde (s). Elle est imposée par la source.

Périodicité spatiale : la distance entre deux perturbations successives est la période spatiale, appelée longueur d'onde [pic 16] et exprimée en mètre (m).

La longueur d'onde correspond à la distance parcourue par l'onde pendant une période : [pic 17]

- [pic 18] : longueur d'onde en mètre (m).[pic 19]

- v : célérité de l'onde en mètre par seconde (ms −1).[pic 20]

- T : période temporelle en seconde (s).

- f : fréquence en hertz (Hz).

3) Onde sonore

Onde sonore => onde en 3 dimensions, longitudinale, mécanique, qui se propage par une suite de compressions-dilatations.

Il existe 2 types de sons :

- les sons simples ou « purs » : ondes mécaniques progressives sinusoïdales

- les sons complexes : signaux périodiques dont l’allure est quelconque

- La fréquence f (la plus basse) est appelée fréquence fondamentale.

- Les fréquences sont les harmoniques de rang k[pic 21]

-

L'analyse spectrale => représente l'amplitude relative des harmoniques en fonction de la fréquence.

Le spectre se compose de raies correspondant à la fréquence fondamentale et aux harmoniques.

Un son musical est caractérisé par sa hauteur et son timbre.

La hauteur dépend de sa fréquence fondamentale : une fréquence élevée correspond à un son aigu, une fréquence basse à un son grave. Le timbre est ce qui nous permet d'identifier un instrument de musique.

[pic 22]

Fréquence audible : entre 20 Hz et 20 kHz

Les ondes de fréquence supérieure à 20 kHz sont qualifiées d'ultrasons, et les ondes de fréquence inférieure à 20 Hz sont des infrasons.

L'intensité sonore I est l’énergie transportée par l’onde sonore par unité de temps, de surface. Elle s'exprime en watt par mètre carré

(Wm −2).[pic 23]

Pour quantifier la sensation sonore, on utilise une grandeur L appelée niveau d'intensité sonore : [pic 24]

- L : niveau d'intensité sonore en décibel acoustique (dBA), unité sans dimension.

- I : intensité sonore en watt par mètre carré (W[pic 25]m −2).

- I0 = 10 −12 Wm −2 : intensité sonore de référence.[pic 26]

Chapitre 3 : Propriétés des ondes

I) La diffraction

Diffraction => étalement des directions de propagation de l'onde lorsque celle-ci rencontre une ouverture ou un obstacle, elle ne modifie ni la fréquence, ni la vitesse, ni la longueur d’onde.

A)Observation du phénomène de diffraction

Un obstacle de petite dimension est éclairé par une source de lumière. On observe sur un écran placé derrière l'obstacle une figure de diffraction.

[pic 27]

Dispositif expérimental pour observer la diffraction

La figure de diffraction observée est constituée de plusieurs taches : une tache centrale et des taches latérales (plus petites et moins lumineuses), séparées par des zones d'extinction. Ces taches s'étalent dans une direction perpendiculaire à celle de la fente.

Figure de diffraction obtenue avec une fente rectiligne éclairée en lumière [pic 28]

monochromatique

L'observation du phénomène de diffraction est liée aux dimensions de l'ouverture (ou de l'obstacle) par rapport à la longueur d'onde λ.

- Si la dimension de l'ouverture (ou de l'obstacle) est supérieure à la longueur d'onde, l'onde se propage sans modification à travers l'ouverture : il n’y a pas diffraction.

- Si la dimension de l'ouverture (ou de l'obstacle) est du même ordre de grandeur ou plus petite que la longueur d'onde, l'onde est diffractée.

Le phénomène de diffraction est d'autant plus marqué que la dimension de l'ouverture ou de l'obstacle est petite par rapport à la longueur d'onde.

B) L’écart angulaire

L'importance du phénomène de diffraction est mesuré par l'écart angulaire θ.

L'écart angulaire θ représente le demi-angle délimitant les premiers minima d'intensité lumineuse de la figure de diffraction.[pic 29]

Ecart angulaire de diffraction θ

L'écart angulaire, pour de petits angles, est donné par la relation suivante : θ = λ / a

Avec :

- θ l'écart angulaire (en rad)

- λ la longueur d'onde de la source (en m)

- a la largeur de l'ouverture ou de l'obstacle (en m)

Dans le cadre de l'approximation des petits angles, on a aussi : tanθ ≈ θ = L2D

Démonstration par

θ est un angle faible donc tan θ ≈ θ (et tan θ = (L/2) / D)

Donc θ = L / 2D or on sait que θ = λ / a

Donc