Les ondes mécaniques progressives

Pour 2BAC PC 2BAC SVT 2BAC SM Mis à jour le 15 octobre 2026

Objectifs pédagogiques

  • Définir une onde mécanique et sa célérité.
  • Définir et reconnaître une onde transversale et une onde longitudinale.
  • Connaître et exploiter les propriétés générales des ondes.
  • Savoir que la perturbation en un point du milieu, à l'instant $t$, est celle qu'avait la source au temps $t - \tau$, $\tau$ étant le retard.
  • Exploiter la relation entre le retard, la distance et la célérité.

Compétences visées

  • Exploiter un document expérimental donnant l'aspect de la perturbation à des dates données.
  • Interpréter une courbe, mesurer une distance, calculer un retard et une célérité.
  • Utiliser un dispositif expérimental pour mesurer un retard ou une distance lors de la propagation d'une onde.

Vérifiez vos prérequis

Qu'est-ce qu'une vitesse moyenne en cinématique ? La vitesse moyenne est le rapport entre la distance parcourue et la durée du parcours : $v = \frac{d}{\Delta t}$.
Quels sont les trois principaux états physiques de la matière ? L'état solide, l'état liquide et l'état gazeux. Ces milieux peuvent tous servir de support de propagation pour certaines ondes.
Qu'est-ce qu'une perturbation mécanique ? C'est une modification locale et temporaire des propriétés physiques d'un milieu (déformation, variation de pression, etc.).
Si un objet flotte à la surface de l'eau (comme un morceau de bois), est-il emporté au loin par le passage d'une vague ? Non, l'objet subit simplement un mouvement vertical (il monte et descend), puis il reprend sa position initiale. Il n'y a pas de transport de matière.

Situation de départ

Lors d'une journée ensoleillée au bord de l'océan atlantique, Yassine observe la mer depuis le rivage. Il repère au loin un petit bouchon rouge, perdu par un pêcheur, qui flotte à la surface de l'eau. En observant attentivement, il remarque deux phénomènes intrigants :

  • Malgré les vagues successives qui se dirigent visiblement vers la plage, le bouchon ne fait que monter et descendre verticalement sur place, sans être transporté vers le sable.
  • Il voit au loin l'écume d'une grosse vague se briser violemment sur des rochers, mais le bruit de l'impact ("Bruit du ressac") ne lui parvient que quelques secondes plus tard.

Problème : Qu'est-ce qui se propage réellement à la surface de l'eau si le bouchon (la matière) reste sur place ? Pourquoi y a-t-il un décalage entre la vue de la vague et la réception de son bruit ?

Océan avec vagues et un bouchon flottant
L'observation attentive de la nature permet de soulever les grands principes de la physique des ondes.

1. Notion d'onde mécanique progressive

Propagation d'une onde le long d'une corde
Propagation d'une onde le long d'un ressort
Propagation d'une onde circulaire à la surface de l'eau

Activité expérimentale : Observation de propagations

Ouvrir la simulation : Activité expérimentale : Observation de propagations

Ouvrir la simulation en plein écran

Expériences de propagation sur une corde, un ressort et la surface de l'eau
Exp 1 : Corde tendue. Exp 2 : Ressort comprimé. Exp 3 : Surface de l'eau.

Questions :

1 Dire ce qui arrive à la corde, au ressort et à la surface de l'eau suite aux actions initiales de l'expérimentateur.

2 Quelle est la nature du milieu dans chaque expérience ?

3 En observant les points P et Q marqués sur les milieux, la propagation de l'onde est-elle accompagnée du transport de la matière ?

4 Proposer une définition précise de l'onde mécanique.

Voir les réponses

1 Une perturbation s'est produite sur la corde, sur les spires du ressort et sur la surface de l'eau. Cette perturbation se propage en s'éloignant de la source.

2 Le milieu de l'expérience 1 est la corde (milieu matériel à 1 dimension). L'expérience 2 est le ressort (1 dimension). L'expérience 3 est l'eau (milieu matériel à 2 dimensions).

3 On observe que les points de propagation du milieu (comme P et Q) se déplacent localement pendant le passage de la perturbation, puis reviennent exactement à leur position initiale. On déduit que la propagation de l'onde n'est absolument pas accompagnée d'un transport de matière.

4 Définition : Une onde mécanique est le phénomène de propagation d'une perturbation dans un milieu matériel élastique, sans transport de matière, mais avec un transport d'énergie.

Définition de l'onde mécanique progressive

On appelle onde mécanique progressive, le phénomène de propagation d'une perturbation dans un milieu matériel (solide, liquide ou gaz) doué d'élasticité.

  • La propagation se fait sans transport de matière.
  • Cependant, elle s'accompagne d'un transport d'énergie de la source vers toutes les directions possibles.
  • L'adjectif progressive signifie que l'onde avance de proche en proche dans le milieu.

Types d'ondes (transversale et longitudinale)

Selon la direction de la déformation par rapport à la direction d'avancement de l'onde, on distingue deux grands types d'ondes :

a) L'onde transversale :

Une onde est dite transversale si la direction de la perturbation du milieu est perpendiculaire (orthogonale) à la direction de propagation de l'onde.

Exemples : L'onde se propageant le long d'une corde, l'onde à la surface de l'eau.

b) L'onde longitudinale :

Une onde est dite longitudinale si la direction de la perturbation du milieu est alignée (parallèle) à la direction de propagation de l'onde.

Exemples : L'onde se propageant le long d'un ressort (compression/dilatation des spires), le son dans l'air.

Schémas d'une onde transversale (corde) et longitudinale (ressort)
Onde transversale (déformation perpendiculaire) vs Onde longitudinale (déformation parallèle).

Testez-vous

Lors de la propagation d'une vague à la surface de l'océan, qu'est-ce qui est transporté vers la plage ?

Une onde se propageant le long d'une corde horizontale fait monter et descendre les points de la corde. C'est une onde :

2. L'onde sonore et propriétés générales

Nature et propagation de l'onde sonore

Activité expérimentale : Le Son

Activité expérimentale 2 : Le phénomène sonore

On réalise deux expériences pour comprendre la nature du son.

Exp 1 : On place un téléphone portable en train de sonner sous une cloche de verre étanche. On active une pompe à vide pour vider tout l'air contenu sous la cloche.

Exp 2 : On frappe les branches d'un diapason (placé sur une caisse de résonance). On approche très doucement une petite balle légère (pendule simple) des branches vibrantes.

Expériences de la cloche à vide et du diapason frappé
Exp 1 : Téléphone sous cloche à vide. Exp 2 : Diapason frappé près d'une balle.

Questions :

1 Dans l'expérience 1, que se passe-t-il concernant le son émis par le téléphone lorsqu'on vide l'air ? Quelle conclusion fondamentale peut-on en tirer ?

2 Dans l'expérience 2, que fait la balle suspendue après avoir frappé le diapason ? En déduire la nature directionnelle de l'onde sonore.

Voir les réponses

1 On observe l'absence totale de son après le vidage de l'air. Bien que l'écran du téléphone s'allume, aucun bruit ne nous parvient. On en conclut que le son ne se propage pas dans le vide. Il a absolument besoin d'un milieu matériel (ici l'air) pour se propager. Le son est donc une onde mécanique.

2 Lorsqu'on frappe le diapason, ses branches vibrent horizontalement. La balle suspendue est violemment repoussée et se déplace horizontalement. Ce mouvement indique que la direction de la perturbation (horizontale de l'air) et la direction de la propagation vers la balle sont alignées. Le son est donc une onde longitudinale.

Définition de l'onde sonore

Le Son est une onde mécanique progressive et longitudinale. Il se propage dans les milieux matériels (solides, liquides et gaz) grâce à une succession de compressions et de dilatations des tranches du milieu.

Comme toute onde mécanique, le son ne se propage jamais dans le vide stellaire (l'espace est totalement silencieux).

Représentation des ondes sonores par compression et dilatation des molécules d'air
Propagation du son par zones de compression et de dilatation de l'air.

Propriétés générales des ondes

Le principe de superposition : Croisement de deux ondes

a) Dimensions de l'espace de propagation :

  • Onde à une dimension (1D) : La perturbation se propage dans une seule direction privilégiée. (Ex : Corde, Ressort).
  • Onde à deux dimensions (2D) : L'onde se propage sur une surface plane. (Ex : Vaguelettes à la surface de l'eau).
  • Onde à trois dimensions (3D) : L'onde se propage dans tout l'espace disponible dans les trois directions. (Ex : L'onde sonore issue d'un haut-parleur).

b) Superposition de deux ondes :

Si deux ondes mécaniques progressives se propagent dans le même milieu en sens opposés, elles finissent par se croiser.
Pendant le croisement, leurs élongations s'additionnent ponctuellement (l'amplitude est modifiée).
Cependant, après la rencontre, les deux ondes se séparent et continuent chacune leur propagation avec la même forme, la même vitesse et la même direction qu'avant le croisement. Elles ne se détruisent pas et ne se modifient pas définitivement.

Trakab mawjatayn : Superposition de deux impulsions sur une corde
Croisement de deux ondes : Addition temporaire puis séparation sans modification.

Testez-vous

Pourquoi n'entend-on pas les explosions des étoiles filantes depuis la Terre ?

L'onde à la surface de l'eau provoquée par le jet d'une pierre est de quel type ?

Que se passe-t-il après le croisement de deux ondes mécaniques sur une même corde ?

3. Célérité, retard temporel et élongation

Les facteurs influençant la célérité de l'onde

La Célérité d'une onde (Vitesse de propagation)

En physique des ondes, on préfère utiliser le terme célérité plutôt que vitesse, car il n'y a pas de déplacement physique de matière, mais uniquement le transfert d'un état perturbé.

La célérité $v$ d'une onde mécanique progressive est le quotient de la distance $d$ parcourue par la perturbation par la durée $\Delta t$ du parcours :

$$v = \frac{d}{\Delta t}$$
  • $d$ : Distance en mètres (m).
  • $\Delta t$ : Durée du trajet en secondes (s).
  • $v$ : Célérité en mètres par seconde ($m/s$ ou $m \cdot s^{-1}$).

Les facteurs influençant la célérité :

La célérité d'une onde mécanique est une propriété intrinsèque du milieu. Elle ne dépend absolument pas de l'amplitude de la source ni de la forme de la perturbation. Elle dépend uniquement des caractéristiques physiques du milieu :

  • L'inertie du milieu : Plus la masse linéique ou la densité d'une corde est grande, plus l'onde se propagera lentement.
  • La rigidité (ou tension) : Plus une corde est tendue (force de tension $T$ élevée), plus l'onde se propagera rapidement.
  • L'état physique et la température : Pour le son, la célérité est plus grande dans un solide que dans un gaz ($V_{solide} > V_{liquide} > V_{gaz}$). De plus, la vitesse du son dans l'air augmente considérablement lorsque la température ambiante augmente.

Le retard temporel ($\tau$)

Relation d'élongation entre deux points distants

Lorsqu'une onde est créée par une source $S$, elle met un certain temps pour atteindre un point $M$ situé à une distance $d = SM$ dans le milieu de propagation. Ce temps d'attente est appelé le Retard Temporel, noté $\tau$ (tau).

D'après la formule de la célérité ($v = \frac{SM}{\tau}$), on déduit directement la relation du retard :

$$\tau = \frac{SM}{v}$$
Schéma montrant l'onde en S puis l'onde arrivant en M avec un retard tau
Le front de l'onde parcourt la distance SM pendant la durée $\tau$.

Relation entre l'élongation de la source et l'élongation d'un point

Pendant la propagation (et en supposant qu'il n'y ait aucun amortissement ni perte d'énergie), la perturbation conserve exactement la même forme.

Démonstration détaillée de la relation d'élongation :

Soit $y$ l'élongation (déplacement vertical) d'un point de la corde. Le point M situé plus loin sur la corde va subir très exactement les mêmes mouvements que la source S, mais il les subira "en retard", après avoir attendu la durée $\tau$.

Cela signifie que l'état du point M à un instant $t$ quelconque correspond à l'état que la source S avait dans le passé, précisément à l'instant antérieur $(t - \tau)$.

On écrit donc la relation fondamentale des ondes progressives :

$$y_M(t) = y_S(t - \tau)$$

Inversement, on peut dire que le mouvement actuel de la source $S$ à l'instant $t$ sera reproduit par le point $M$ dans le futur, à l'instant $(t + \tau)$ : $y_S(t) = y_M(t + \tau)$.

Distinction cruciale : aspect de la corde vs élongation

Les élèves confondent souvent deux types de représentations graphiques très différentes en physique des ondes :

  • L'aspect du milieu (ex: Aspect de la corde) : C'est comme une photographie prise avec un appareil photo à un instant donné (ex: $t_1$). Le graphique trace le déplacement $y$ en fonction de l'axe des distances $x$. (Graphe $y = f(x)$). On y lit directement des longueurs en mètres. L'onde apparaît avec son front à droite.
  • L'élongation d'un point : C'est comme une vidéo de surveillance centrée uniquement sur un point précis (ex: point M). Le graphique trace le déplacement $y_M$ de ce point en fonction du temps $t$. (Graphe $y = f(t)$). On y lit des durées en secondes. Le signal apparaît chronologiquement de gauche à droite, donc le "front" (qui est arrivé en premier dans le temps) se trouve visuellement à gauche !
Comparaison entre le graphique y=f(x) aspect spatial et y=f(t) élongation temporelle
Aspect de la corde $y=f(x)$ (spatial) VS Élongation d'un point $y=f(t)$ (temporel).

Testez-vous

Si un expérimentateur secoue une corde plus fort (plus grande amplitude), la célérité de l'onde va-t-elle augmenter ?

Un coup de tonnerre retentit à $d = 1020 \text{ m}$ de Yassine. Si la vitesse du son dans l'air est $v = 340 \text{ m/s}$, quel sera le retard temporel $\tau$ ?

Que représente le front d'une onde sur un graphique traçant l'élongation en fonction du temps $y = f(t)$ ?

Vidéos complémentaires

Vidéo complémentaire

L'essentiel

  • Définition : Onde mécanique progressive = propagation d'une perturbation dans un milieu matériel avec transport d'énergie, sans transport de matière.
  • Types :
    • Transversale : Déformation perpendiculaire à la direction de propagation (Corde, Eau).
    • Longitudinale : Déformation parallèle à la propagation (Ressort, Son).
  • Le Son : Onde mécanique longitudinale à 3 dimensions. Ne se propage pas dans le vide.
  • Célérité : Vitesse de l'onde $v = \frac{d}{\Delta t}$. Elle dépend de la nature du milieu, pas de l'amplitude de l'onde.
  • Retard : L'onde atteint un point M avec un retard temporel $\tau = \frac{SM}{v}$. L'élongation est liée par : $y_M(t) = y_S(t - \tau)$.

4. Enrichissement et applications

La compréhension des ondes mécaniques est vitale pour de nombreuses technologies et l'étude de la nature :

  • Les Séismes (Tremblements de terre) : La Terre libère de l'énergie en générant des ondes sismiques. Les sismologues étudient les ondes P (Premières) qui sont longitudinales et très rapides, et les ondes S (Secondes) qui sont transversales et plus destructrices. L'écart de temps ($\tau$) entre leur arrivée permet de localiser exactement l'épicentre.
  • L'Échographie médicale : Une sonde émet des ultrasons (ondes sonores de très haute fréquence) dans le corps humain. Les ondes se propagent et se réfléchissent différemment selon la densité des organes. En calculant le retard temporel de l'écho, l'ordinateur reconstitue l'image 2D ou 3D d'un fœtus.
  • Le Sonar marin : Utilisé par les sous-marins et les bateaux pour cartographier le fond de l'océan ou détecter des objets immergés en mesurant le temps de l'aller-retour d'une impulsion sonore ($d = \frac{v \cdot \Delta t}{2}$).
  • Les Tsunamis : Une perturbation massive du fond marin crée une vague géante. En plein océan, sa célérité est énorme (vitesse d'un avion de ligne) mais son amplitude est faible (à peine 1 mètre). En approchant des côtes peu profondes, la célérité chute brutalement, forçant l'énergie à se concentrer verticalement : l'amplitude devient titanesque.

5. Exercices corrigés

Exercice 1 : L'onde le long de la corde

Une perturbation se propage de gauche à droite le long d'une corde élastique horizontale. On a photographié la corde (aspect spatial) à un instant précis $t = 2,0 \text{ s}$. L'origine de la source $S$ a commencé à vibrer à l'instant $t_0 = 0 \text{ s}$.

Onde sur une corde avec un axe gradué en mètres
Figure 1 : Aspect de la corde à la date t = 2,0 s.

Questions :

1 Définir ce qu'est une onde mécanique progressive.

2 En observant le schéma, s'agit-il d'une onde transversale ou longitudinale ? Justifier rigoureusement.

3 Déterminer la valeur de la distance parcourue par le front de l'onde (point le plus avancé) à l'instant du cliché.

4 Calculer la célérité $v$ de propagation de l'onde le long de cette corde.

5 Déterminer graphiquement la longueur $L$ (étendue spatiale) de la perturbation. En déduire la durée $\Delta t$ temporelle de cette perturbation.

6 Calculer le retard temporel $\tau$ avec lequel le point M (situé à l'abscisse $x_M = 4 \text{ m}$) commence son mouvement ascendant par rapport à la source S.

Voir la solution 1
Attention. Faites bien attention au vocabulaire : "Front de l'onde" signifie le tout premier point atteint par la perturbation en avançant. Sur ce graphe spatial ($x$), le front est à droite !

1 Définition : Une onde mécanique progressive est le phénomène de propagation d'une perturbation dans un milieu matériel, doué d'élasticité, avec un transfert d'énergie sans transport de matière.

2 Nature de l'onde : C'est une onde transversale. En effet, la direction de déformation des points de la corde est verticale (l'axe y), tandis que la direction de propagation de l'onde est horizontale (l'axe x). Elles sont perpendiculaires.

3 Distance parcourue : Le front de l'onde est la partie de droite (car la propagation est de S vers la droite). On lit sur l'axe des abscisses que le front est arrivé exactement à $d = 6 \text{ m}$.

4 Célérité $v$ : L'onde a parcouru $6 \text{ m}$ depuis $t_0 = 0$ jusqu'à $t = 2,0 \text{ s}$.
$v = \frac{d}{t - t_0} = \frac{6}{2,0 - 0} = \mathbf{3,0 \text{ m/s}}$.

5 Longueur et durée de perturbation :
- Longueur spatiale : L'onde s'étend entre $x = 2 \text{ m}$ (queue) et $x = 6 \text{ m}$ (front). Donc $L = 6 - 2 = \mathbf{4 \text{ m}}$.
- Durée $\Delta t$ : C'est le temps que met une perturbation de taille L pour passer complètement à une vitesse $v$.
$\Delta t = \frac{L}{v} = \frac{4}{3,0} \approx \mathbf{1,33 \text{ s}}$.

6 Retard temporel $\tau$ pour le point M :
Le point M est situé à $x_M = 4 \text{ m}$ de la source S ($x_S = 0 \text{ m}$). La distance est $SM = 4 \text{ m}$.
$\tau = \frac{SM}{v} = \frac{4}{3,0} \approx \mathbf{1,33 \text{ s}}$. (Le point M a attendu 1,33 secondes avant de commencer à bouger).

Exercice 2 : Ondes ultrasonores et capteurs

Pour déterminer la célérité des ultrasons dans l'air, on réalise le montage ci-dessous. Un émetteur E envoie de courtes salves d'ultrasons qui sont captées par deux récepteurs (microphones) A et B, distants d'une longueur $d = 0,68 \text{ m}$. Les signaux captés sont visualisés sur les deux voies d'un oscilloscope.

Dispositif expérimental avec un émetteur et deux récepteurs A et B alignés, et les oscillogrammes
Figure 2 : Montage de l'expérience et oscillogrammes des signaux reçus en A et B.

Questions :

1 L'onde ultrasonore est-elle de nature électromagnétique ou mécanique ? Justifier la réponse de manière argumentée.

2 Cette onde est-elle longitudinale ou transversale ?

3 Est-il possible de réaliser exactement la même expérience avec ce dispositif si l'on se trouve dans une station spatiale exposée au vide intersidéral ? Pourquoi ?

4 Sur l'oscillogramme, la base de temps (sensibilité horizontale) est réglée sur $S_h = 0,5 \text{ ms/div}$. Déterminer, en justifiant graphiquement, le retard temporel $\tau$ qui sépare la réception du signal par le capteur A et sa réception par le capteur B.

5 En exploitant ce retard et la distance $d$, calculer la célérité $v$ des ondes ultrasonores dans l'air du laboratoire.

6 Écrire la relation mathématique exacte liant l'élongation $y_B(t)$ du récepteur B à l'élongation $y_A(t)$ du récepteur A.

Voir la solution 2
Attention. Rappel pour lire un oscilloscope : La durée s'obtient en comptant le nombre de divisions (les carreaux horizontaux) séparant les deux signaux, et en le multipliant par la sensibilité $S_h$.

1 Nature de l'onde : Les ultrasons sont des ondes sonores de très haute fréquence. Ce sont donc des ondes mécaniques. Ils résultent de la compression et de la dilatation des molécules d'air, et nécessitent donc un milieu matériel, contrairement aux ondes électromagnétiques qui peuvent traverser le vide.

2 Type d'onde : C'est une onde longitudinale (la perturbation de la pression de l'air est parallèle à la direction de propagation de l'onde).

3 Expérience dans le vide : C'est impossible. Dans le vide intersidéral, il n'y a pas de matière (ni gaz, ni solide, ni liquide). Une onde mécanique ne peut absolument pas s'y propager. Le récepteur ne capterait jamais aucun signal.

4 Retard temporel $\tau$ : En comptant sur l'oscillogramme, l'écart horizontal séparant le front de l'onde A du front de l'onde B est de $4$ divisions entières.
$\tau = \text{Nombre de div} \times S_h = 4 \text{ div} \times 0,5 \text{ ms/div} = \mathbf{2,0 \text{ ms}}$ (soit $2,0 \cdot 10^{-3} \text{ s}$).

5 Calcul de la célérité $v$ : L'onde met une durée $\tau$ pour parcourir la distance séparant A et B, qui vaut $d = 0,68 \text{ m}$.
$v = \frac{d}{\tau} = \frac{0,68}{2,0 \cdot 10^{-3}} = \frac{0,68}{0,002} = \mathbf{340 \text{ m/s}}$. (On retrouve la valeur classique de la vitesse du son dans l'air ambiant).

6 Relation d'élongation : Le capteur B (situé plus loin) subit l'exact même mouvement que le capteur A, mais avec un décalage d'un retard $\tau$ dans le temps.
L'état du point B à l'instant $t$ est le même que celui du point A à l'instant antérieur $t - \tau$.
L'équation est :

$y_B(t) = y_A(t - \tau)$
.

6. QCM : 30 questions

7. Fiches d'expériences

Pour les enseignants et pour préparer les travaux pratiques.

Observation de propagations

Identification

Partie Physique Unité Les Ondes Mécaniques Progressives
Titre Étude de la propagation sur une corde, un ressort et la surface de l'eau
Durée 30 minutes

Cadre pédagogique

Objectifs de l'expérience Précautions et orientations Conseils techniques
  • Définir la notion d'onde mécanique progressive.
  • Distinguer une onde transversale d'une onde longitudinale.
  • Prouver l'absence de transport de matière.
  • Ne pas étirer le ressort au-delà de sa limite d'élasticité (déformation irréversible).
  • Éviter les reflets gênants sur la cuve à ondes.
  • Utiliser des repères colorés (points P et Q) attachés au milieu pour bien visualiser le mouvement local.
  • Filmer au ralenti si possible pour mieux observer la propagation.

Dispositif expérimental

Montages expérimentaux
Exp 1 : Corde tendue. Exp 2 : Ressort comprimé. Exp 3 : Surface de l'eau.
Matériel Corde longue et élastique, ressort à spires larges (Slinky), cuve à ondes avec de l'eau, repères visuels légers.

Déroulement et exploitation

Étapes expérimentales Questions de l'activité Résultats attendus Réponses & Conclusions
1. Créer une impulsion unique sur la corde, le ressort et à la surface de l'eau. 1. Dire ce qui arrive aux milieux suite aux actions initiales. La déformation générée se déplace visiblement le long des milieux. Une perturbation s'est produite. Elle se propage en s'éloignant de la source d'émission.
2. Identifier les directions de propagation et de déformation. 2. Quelle est la nature du milieu dans chaque expérience ? La corde et le ressort propagent selon une ligne, l'eau sur une surface. La corde et le ressort sont des milieux à 1 dimension (1D). L'eau est un milieu à 2 dimensions (2D).
3. Suivre précisément le mouvement des points repères P et Q. 3. La propagation est-elle accompagnée d'un transport de la matière ? Les points P et Q bougent brièvement puis reprennent leur place initiale. Non. Il n'y a aucun transport de matière, uniquement un transport d'énergie de proche en proche.

Bilan et évaluation

Bilan de l'expérience
Une onde mécanique est la propagation d'une perturbation dans un milieu matériel sans transport de matière. Elle est transversale si la déformation est perpendiculaire à la propagation (ex: corde, surface de l'eau), et longitudinale si la déformation est parallèle à la propagation (ex: ressort).
Questions d'évaluation
Q1. Citer la définition d'une onde mécanique progressive. Q2. Comment qualifie-t-on l'onde le long d'une corde d'après la direction de sa déformation ? Q3. Pourquoi un bouchon flottant sur l'eau n'avance-t-il pas avec la vague ?
Le phénomène sonore

Identification

Partie Physique Unité Les Ondes Mécaniques Progressives
Titre Mise en évidence de la nature et de la directionnalité de l'onde sonore
Durée 25 minutes

Cadre pédagogique

Objectifs de l'expérience Précautions et orientations Conseils techniques
  • Prouver que le son nécessite un milieu matériel continu pour se propager.
  • Démontrer expérimentalement que le son est une onde longitudinale.
  • Manipuler la cloche à vide avec précaution (risques d'implosion si endommagée).
  • Isoler le téléphone de la base avec de la mousse.
  • Utiliser une balle de ping-pong très légère suspendue à un fil fin (pendule simple) pour une sensibilité maximale.
  • Frapper le diapason avec un maillet en caoutchouc.

Dispositif expérimental

Montages expérimentaux
Exp 1 : Téléphone sous cloche à vide. Exp 2 : Diapason près d'une balle légère.
Matériel Cloche étanche en verre, pompe à vide, téléphone portable, diapason sur caisse de résonance, pendule simple (balle légère).

Déroulement et exploitation

Étapes expérimentales Questions de l'activité Résultats attendus Réponses & Conclusions
1. Placer le téléphone en sonnerie sous la cloche et actionner la pompe à vide. 1. Que se passe-t-il concernant le son émis lorsqu'on vide l'air ? Le volume diminue jusqu'au silence total, bien que l'écran soit allumé. On observe l'absence totale de son après vidage.
2. Analyser la nécessité du milieu de propagation. 2. Quelle conclusion fondamentale peut-on en tirer ? Le son disparaît sans l'air. Le son ne se propage pas dans le vide. Il a besoin d'un milieu matériel, c'est une onde mécanique.
3. Frapper le diapason et l'approcher doucement du pendule. 3. Que fait la balle et qu'en déduire sur la directionnalité de l'onde ? La balle est repoussée horizontalement de manière visible. Le mouvement est aligné avec la propagation : le son est une onde longitudinale (compressions/dilatations).

Bilan et évaluation

Bilan de l'expérience
Le son est une onde mécanique (il nécessite un milieu matériel continu comme un gaz, un liquide ou un solide) qui ne peut pas se propager dans le vide spatial. Il se propage par une succession de zones de compression et de dilatation de la matière, ce qui en fait une onde longitudinale.
Questions d'évaluation
Q1. Pourquoi les explosions stellaires ne font-elles aucun bruit sur Terre ? Q2. Le mouvement des molécules d'air est-il parallèle ou perpendiculaire au trajet du son ? Q3. Le son peut-il traverser une paroi solide ? Justifier.

8. Documents à télécharger