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Onde progressive

Onde progressive

Dans l'explication précédente, tu t'es déjà initié aux ondes mécaniques. Rappelle-toi qu'une onde mécanique est une perturbation d'un milieu matériel. Parlant des ondes, elles sont réparties en ondes stationnaires et ondes progressives.

Définition : onde progressive

Les ondes progressives sont des oscillations produites par le transfert d'énergie d'un endroit à un autre. Elles diffèrent des ondes stationnaires en ce qu'elles progressent (se déplacent) dans le milieu dans lequel elles se propagent.

Onde Progressive. Vagues océaniques. StudySmarterFigure 1. Les vagues océaniques sont un exemple d'ondes mécaniques progressives. Source : Tony Hisgett, Flickr (CC BY 2.0).

Les oscillations produites par les crêtes et les creux de la vague se déplacent d'un endroit à l'autre. Tu peux considérer ces mouvements comme la propagation ou la progression de la vague d'un point A à un point B. Une crête est un point de hauteur maximale, tandis qu'un creux est un point de hauteur minimale de la vague.

Onde progressive — exemple

Les ondes progressives se produisent dans la nature lorsqu'un objet oscille et produit des ondes qui se déplacent dans l'espace. L'espace peut être un liquide, un gaz, un solide ou le vide.

  • Parmi les ondes se déplaçant dans un liquide, il y a, par exemple, les vagues de l'océan.
  • Parmi les ondes se déplaçant dans un gaz, il y a, par exemple, le son qui se déplace dans l'air.
  • Parmi les ondes se déplaçant dans un solide, il y a, par exemple, une onde mécanique progressive se déplaçant dans le sol après un tremblement de terre.
  • Parmi les ondes se déplaçant dans le vide, il y a, par exemple, les ondes électromagnétiques telles que la lumière provenant du soleil.

Il est intéressant de noter que les ondes électromagnétiques, les ondes sismiques, et les ondes sonores se retrouvent toutes dans la mer, qui est un milieu propice à la propagation de nombreuses formes d'ondes.

Les propriétés des ondes progressives

Lorsque les ondes progressives se déplacent d'un point à un autre, les ondulations se répètent si les ondes sont produites en permanence. Les quatre principales caractéristiques d'une onde progressive sont sa longueur d'onde, sa période, sa fréquence et sa vitesse.

La longueur d'onde des ondes progressives

Elle est définie comme la longueur entre le début et la fin d'une seule ondulation. Prenons l'exemple d'une onde progressive sinusoïdale comme dessinée dans la figure ci-dessous :

Onde Progressive. Longueur d'onde. StudySmarterFigure 2. La longueur d'onde est la longueur totale d'un cycle d'ondes du début à la fin.

La longueur d'onde d'une onde progressive est liée à son énergie. La quantité d'énergie diffère en fonction de la nature de l'onde. Dans les vagues océaniques, les petites longueurs d'onde correspondent à des vagues de faible énergie, tandis que pour les ondes électromagnétiques, les longueurs d'onde plus courtes impliquent des énergies plus importantes.

La période des ondes progressives

La distance entre deux points correspondants de deux ondulations successives n'est autre que la longueur d'onde. Le temps que prend l'onde pour traverser cette distance est appelé la période \(T\), qui est mieux définie comme le temps entre deux crêtes ou deux creux. Elle est mesurée en secondes. Restons dans le même exemple d'une onde progressive sinusoïdale dans la figure ci-contre :

Onde Progressive. Période. StudySmarterFigure 3. Le temps que met une vague à se déplacer entre les points qui marquent son début et sa fin (points verts) est la période de la vague. Celle-ci peut être calculée comme la différence de temps entre les moments \(t_1\) et \(t_2\).

La vitesse des ondes progressives

Si l'on divise la longueur d'onde par la période de l'onde, on obtient le temps que met l'onde à avancer. C'est la vitesse de l'onde qui se mesure en \(m/s\). \[V=\frac{\lambda}{T}\]

La fréquence des ondes progressives

La période nous indique de combien de secondes l'onde a besoin pour compléter un seul cycle complet. L'inverse de la période nous donne l'inverse de sa définition. Ainsi, l'inverse de la période est défini comme le nombre de cycles complétés en une seule seconde. C'est la fréquence ! \[f=\frac{1}{T}\]

L'unité du SI de la fréquence est le Hertz, \(Hz\).

Remarque que : \[V= \frac{\lambda}{T} = \lambda \times \frac{1}{T} = \lambda \times f\] \[\rightarrow \boxed {V=\lambda\cdot f}\]

Le cycle des ondes progressives

Le schéma complet d'une onde, de la crête au creux, est appelé cycle d'onde. La vitesse à laquelle se déplace le cycle d'onde est liée à la fréquence et à la longueur d'onde.

Comment mesure-t-on les propriétés des ondes progressives ?

Pour mesurer les propriétés d'une onde progressive, nous avons besoin d'un point de référence. Les propriétés liées à la longueur d'onde et à la distance crête-à-crête de l'onde nécessitent des points de référence sur les axes horizontal et vertical. Pour trouver les propriétés liées aux cycles des ondes, nous devons commencer par mesurer la durée d'un cycle ou la période de l'onde.

Mesure de la longueur d'onde et de la distance crête-à-crête des ondes.

Pour mesurer la longueur d'onde, nous devons prendre un point de référence et trouver le point qui lui est correspondant dans l'ondulation suivante. La distance entre les deux est la longueur d'onde. Pour simplifier, nous pouvons prendre une crête, qui est plus facile à identifier (comme nous l'avons dit précédemment, la crête et le creux représentent les hauteurs maximale et minimale de la vague). En mesurant la distance entre deux maximums consécutifs, on obtient la longueur d'onde.

Onde Progressive. Longueur d'onde. StudySmarterFigure 4. La distance entre deux crêtes adjacentes nous donne la longueur d'onde.

L'amplitude crête-à-crête est la distance sur l'axe vertical entre le niveau de la crête et le niveau du creux.

Pour mesurer l'amplitude de l'onde, nous devons mesurer la distance entre la crête et le creux, puis la diviser par deux, puisque l'amplitude est la valeur maximale qu'atteint l'onde par rapport à l'axe horizontal.

Onde Progressive. Amplitude de l'onde. StudySmarterFigure 5. L'amplitude de l'onde est la moitié de la distance crête-à-crête.

\[H= Max - Min\] \[Amplitude = A=\frac{H}{2}\]

Mesure de la période et de la fréquence des ondes

Pour mesurer les propriétés liées au cycle de l'onde, nous devons mesurer le temps que met cette dernière à se déplacer d'un point à un autre. Là encore, nous devons choisir un point fixe, la crête ou le creux étant les meilleures options.

Si nous mesurons le temps qu'il faut pour passer d'une crête (ou d'un creux) au suivant, nous obtenons la période de l'onde.

Onde Progressive. Cycle des ondes. StudySmarterFigure 6. La différence de temps entre A et B (deux crêtes) nous donne la période de l'onde. Nous devons mesurer la différence entre \(t_b\) et \(t_a\), ou \(T=t_b - t_a\).

Onde Progressive - Points clés

  • Une onde progressive est une onde qui se déplace d'une position à une autre.
  • Les ondes progressives ont des propriétés telles que la longueur d'onde, la valeur crête-à-crête, l'amplitude, la vitesse, la fréquence et la période.
  • Les ondes sonores, les ondes sismiques et les vagues océaniques sont des exemples d'ondes progressives.
  • Certaines propriétés, telles que la hauteur, l'amplitude et la longueur d'onde, dépendent des dimensions de l'onde.
  • Les propriétés telles que la vitesse et la fréquence de l'onde sont reliées à la période, c'est-a-dire au temps nécessaire à l'onde pour accomplir un cycle.

Questions fréquemment posées en Onde progressive

Si l'onde se déplace de proche en proche alors, elle est progressive.

L'onde est dite progressive si elle se déplace d'un point de l'espace à un autre.

On peut l'appeler :'onde progressive à une dimension' ou 'onde progressive unidimensionnelle'.

Une onde dont la fonction d'onde est une fonction sinusoïdale (une fonction sinus ou cosinus) du temps, est qualifiée de "sinusoïdale".

Une ola est une onde qui nécessite un groupe de personnes pour se manifester. Ainsi, elle ne peut pas exister dans le vide, par conséquent, on peut la qualifier de "mécanique". De plus, une ola se déplace d'une personne à son voisin, et donc elle est progressive. 

Évaluation finale de Onde progressive

Question

Quel type d'onde se déplace dans l'océan ?

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Réponse

Toutes les réponses

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Question

Qu'est-ce qu'une onde progressive ?

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Réponse

Une onde qui se déplace d'un point à un autre.

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Question

Citez quelques propriétés importantes d'une onde progressive. 

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Réponse

Sa période, longueur d'onde, fréquence et célérité.

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Question

Si une onde complète son cycle en 4 s, quelle est la période de l'onde ? 

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Réponse

\(4s\)

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Question

Si l'onde a une longueur d'onde de 2 m et une fréquence de 1 Hz, quelle est la vitesse de l'onde ?

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Réponse

\(V=\lambda\cdot f = 2 \times 1 = 2 \,m/s\)

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Question

Les ondes sismiques sont-elles des ondes progressives ? 

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Réponse

Oui

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Question

Quelles ondes peuvent se déplacer dans le vide ?

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Réponse

Ondes électromagnétiques

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Question

Comment mesure-t-on la vitesse de l'onde ?

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Réponse

On divise la longueur d'onde par la période.

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Question

Quelle est l'inverse de la période ?

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Réponse

La fréquence

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Question

Quels sont les crêtes et les creux d'une vague ?

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Réponse

Les crêtes sont les hauteurs maximales d'une vague, tandis que les creux sont ses points les plus bas.

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Question

Nommez un type de vague qui se déplace dans l'air.

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Réponse

Les ondes sonores

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Question

Nommez un type d'onde qui se déplace dans un liquide.

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Réponse

Les vagues océaniques

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Question

Quelles sont les ondes qui se propagent dans un solide ?

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Réponse

Ondes sismiques

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Question

Si une onde a une fréquence de 2 Hz et une longueur d'onde de 10 m, quelle est sa vitesse ?

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Réponse

\(20 \,m/s\)

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Question

Si une onde a une fréquence de 100 Hz et une vitesse de propagation de 25 m/s, c'est-a-dire :

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Réponse

Elle complète 100 cycles chaque seconde et se propage de 25 mètres chaque seconde.

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Question

Les ondes transmettent de l'énergie

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Réponse

Vrai

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Question

Qu'est-ce qu'une onde ?

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Réponse

Les ondes sont une perturbation ou un mode d'oscillation dans lequel l'énergie peut être transmise d'un endroit à un autre.

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Question

Dans une onde longitudinale, la vibration ou l'oscillation est perpendiculaire à la direction du déplacement. Est-ce vrai ou faux ?

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Réponse

Faux

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Question

Dans une onde transversale, la vibration ou l'oscillation est perpendiculaire à la direction de propagation.

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Réponse

Vrai

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Question

Exemple d'une onde longitudinale 

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Réponse

Le son

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Question

Exemple d'une onde transversale

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Réponse

La lumière

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Question

Quelle est la définition de la longueur d'onde dans une onde transversale ?

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Réponse

Distance entre deux crêtes ou entre deux creux.

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Question

La période est :

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Réponse

L'inverse de la fréquence

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Question

Avec quelle unité mesure-t-on la fréquence ?

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Réponse

Hertz

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Question

Avec quelle unité mesure-t-on la longueur d'onde ?

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Réponse

Mètre

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Question

Quelle est l'amplitude d'une onde ?

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Réponse

La vibration maximale d'une onde par rapport à sa position d'équilibre.

Montrer la question

Question

Une fréquence de 100 Hz signifie que l'onde traverse :

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Réponse

100 longueurs d'onde par seconde

Montrer la question

Question

La période d'une onde dont la fréquence est de 10 Hz est la suivante

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Réponse

0,1 s

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