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Caractéristiques des ondes
I- Ondes progressives à une dimensionOn appelle onde mécanique progressive lephénomène de propagation d'uneperturbation dans un milieu matériel sanstransport de matière.
Propagation d’une perturbation le long d’une corde
Propagation d’une compressionle long d’un ressort
La perturbation arrive au point M à la date t. Elle arrive un peu plus tard au point M’ à la date t’.
Le temps qu’elle a mis pour passer de M en M’ est appelé retard de l’onde. Cette durée est notée τ = t’ - t
M
Date t0
M
Date t0
Date t1
M
Date t0
Date t1
Date t2
M
Date t0
Date t1
Date t2
Périodicité temporelle
T
Périodicité spatiale(longueur d’onde λ )
Pendant une durée T , l'onde parcourt une distance λ.
On dit qu’une onde périodique progressive possèdeune double périodicité : périodicité spatiale etpériodicité temporelle.
v = λT
Longueur d’onde (m)
Période (s)
Vitesse (m.s-1)
II- Analyse spectrale d’un sonLe son est une onde mécanique progressivepériodique.Le physicien Joseph Fourier (1768-1830) a montréque chaque son peut être décomposé en unesomme de sinusoïdes.
f1 f2 f3
L’ensemble des sinusoïdes obtenues peuventêtre représentées par un diagramme appeléspectre en fréquences.
Hz
mV
f1 f2 f3
La fréquence la plus petite f1 est le “fondamental”
Les autres fréquences f2, f3 … sont appelées lesharmoniques.
Ces autres fréquences sont des multiples de f1 :!" = " $ !% avec n entier
L’analyse spectrale permet de caractériser :
• La hauteur du sonElle dépend de la valeur de f1. Plus cettefréquence est grande, plus le son sera aigu.
• Le timbreIl dépend du nombre et de l’amplitude deshamoniques.
L’effet Doppler
III- L’effet DopplerLa sirène des pompiers semble plus aiguë quandleur véhicule s’approche et plus grave quand ils’éloigne de nous : c’est l’effet Doppler.
ConditionsPour voir se manifester l’effet Doppler, il faut que :• émetteur et récepteur en mouvement l’un par
rapport à l’autre• vémetteur << vonde.
Animation sur www.ostralo.net
Émetteur et récepteur immobiles
La fréquence perçue est égale à lafréquence émise.
La fréquence perçue est
inférieure à la fréquence émise.
La fréquence perçue est
supérieure à la fréquence émise.
lperçue > lémise lperçue < lémise
Émetteur en mouvement par rapport au récepteur
!"#"$$"%& = !()*"∆,
,-"&ç%"
Ecart de fréquences (Hz)
fréquence perçue (Hz)Célérité des
ondes (m.s-1)
Vitesse du mobile (m.s-1)
L’astronome Fizeau a proposé d’appliquer cephénomène aux ondes électromagnétiques(lumière).
Certaines étoiles ont un spectre décalé vers lerouge. D’autres ont un spectre décalé vers le bleu :c’est l’effet Doppler-Fizeau.
On peut ainsi calculer la vitesse des étoiles quis’éloignent ou qui se rapprochent de nous.