Caractériser les phénomènes ondulatoires

Thèmes abordés

Phénomène ondulatoire, onde mécanique, onde périodique, énergie, milieu élastique, son du diapason, intensité sonore, tympan, conduit auditif, puissance surfacique, diffraction, interférence

Résumé du document

Il s'agit d'une onde liée à un transport d'énergie (non pas de matière) qui va bousculer les zones dans le sens de propagation jusqu'à ce qu'elles reviennent à leur état initial ; c'est la caractéristique d'un milieu élastique. L'onde est donc temporaire. Du point de vue microscopique le passage de l'onde modifie les interactions et impose un mouvement accompagné d'une modification de proche en proche entre les entités. L'onde périodique reprend ces caractéristiques, mais elle engendre une perturbation à intervalles réguliers ; cette durée est la période notée T, reliée à la fréquence par f=1/T. Cette onde est peu répandue dans la vie courante, mais elle représente par exemple le son du diapason.

Extraits

[...] Cette différence de marche est calculée entre les grands sommets et les grands creux. Il y aura une interférence destructive si la différence vaut δ=(k+1/2)xλ. Si la différence de marche = λ, on peut donc se douter que la formule est de type kxλ ce qui permet d'affirmer que le point A est une interférence constructive. Ce système d'interférence explique beaucoup de phénomènes du quotidien comme la couleur d'une bulle de savon ou d'une plume de paon, un casque à réduction de bruits par exemple émet des sons en opposition de phase avec le milieu extérieur pour en annuler l'amplitude. [...]

[...] Il y a aussi les formules pour calculer une interfrange sombre ou lumineuse, noté en fonction de k. Pour une frange lumineuse il s'agira de y=kxλxD/a et pour une frange lumineuse il s'agira de y=(k+1/2)xλxD/a. À partir d'une de ces formules, il est possible de retrouver la formule de l'interfrange. D'ailleurs, quand on mesure la valeur visuellement donc grâce à un logiciel de mesure par exemple, il vaut mieux mesurer toutes les interfranges et diviser par leur nombre pour avoir un résultat plus précis de chacun. [...]

[...] Un sonomètre est l'appareil de mesure. Si nous avons le niveau sonore et que nous recherchons l'intensité, le calcul doit être inversé selon une règle mathématique : L/10 = log(I/I0), I/I0 = 10L/10 donc I = 10L/10 x 10-12. Plus on est loin de la source du son plus celui-ci sera perçu faiblement : l'effet principalement engendrant cela est l'atténuation géométrique. En effet la puissance de l'onde sonore ne varie pas à mesure que l'onde progresse, mais la sphère sur laquelle elle se propage grandit, ce qui fait baisser la puissance surfacique. [...]

[...] L'angle caractéristique de diffractions se calcule entre la direction de propagation initiale de l'onde et le premier minimum d'amplitude. Cet angle vérifie la relation suivante où a est la taille de l'ouverture et λ est la longueur d'onde : θ = λ/a. On peut aussi le calculer par la tangente, mais le calcul revient au même. Il est intéressant d'observer la diffraction des ondes lumineuses pour voir les figures de diffraction engendrées : si nous plaçons une fente devant un faisceau lumineux, nous observons l'image associée se propager plus loin sur un tableau, toujours perpendiculaire à l'axe de la fente (dans le sens opposé donc, image horizontale quand la fente est verticale). [...]

[...] Cela est dû au facteur de l'absorbance, quand on met un isolant ou au travers d'un mur par exemple, mais celui-ci est très faible par les frottements de l'air. D'ailleurs, les sons aigus sont plus absorbés, cette atténuation dépend donc du matériau traversé, mais aussi de la fréquence. La diffraction On voit que dans certaines situations le déplacement en ligne droite ou par réflexion sur une paroi ne peut pas expliquer le trajet de l'onde sonore. La réfraction intervient alors dans certains contextes ; quand une onde arrive sur une ouverture ou un obstacle, sa direction est modifiée, mais ni sa fréquence ni sa longueur d'onde. [...]