Distribution de mécaniques. Vagues. Propriétés générales des vagues. Vague

Mécaniquevague en physique, c'est le phénomène de propagation de perturbations, accompagné du transfert d'énergie d'un corps oscillant d'un point à un autre sans transporter de matière, dans un milieu élastique.

Milieu dans lequel il y a une interaction élastique entre des molécules (liquide, gaz ou solide) est une condition préalable à l'apparition de perturbations mécaniques. Ils ne sont possibles que lorsque les molécules d’une substance entrent en collision les unes avec les autres, transférant de l’énergie. Un exemple de telles perturbations est le son (onde acoustique). Le son peut voyager dans l'air, l'eau ou corps solide, mais pas dans le vide.

Pour créer une onde mécanique, une certaine énergie initiale est nécessaire, ce qui fera sortir le milieu de sa position d'équilibre. Cette énergie sera ensuite transmise par l'onde. Par exemple, une pierre jetée dans une petite quantité d’eau crée une vague à la surface. Un cri fort crée une onde acoustique.

Principaux types d'ondes mécaniques :

• Son;
• À la surface de l’eau ;
• Tremblements de terre ;
• Ondes sismiques.

Ondes mécaniques ont des pics et des vallées comme tous les mouvements oscillatoires. Leurs principales caractéristiques sont :

• Fréquence. C'est le nombre de vibrations qui se produisent par seconde. Unités SI : [ν] = [Hz] = [s -1 ].
• Longueur d'onde. La distance entre les sommets ou les vallées adjacents. [λ] = [m].
• Amplitude. La plus grande déviation d'un point du milieu par rapport à la position d'équilibre. [X max] = [m].
• Vitesse. C'est la distance parcourue par une onde en une seconde. [V] = [m/s].

Longueur d'onde

La longueur d'onde est la distance entre les points les plus proches les uns des autres qui oscillent dans les mêmes phases.

Les ondes se propagent dans l'espace. La direction de leur propagation est appelée faisceau et est désigné par une ligne perpendiculaire à la surface de l'onde. Et leur vitesse est calculée par la formule :

La limite de la surface d'onde, séparant la partie du milieu dans laquelle les oscillations se produisent déjà, de la partie du milieu dans laquelle les oscillations n'ont pas encore commencé - vaguedevant.

Ondes longitudinales et transversales

Une façon de classer type mécanique Les vagues consistent à déterminer la direction de mouvement des particules individuelles du milieu dans la vague par rapport à la direction de sa propagation.

Selon la direction de déplacement des particules dans les vagues, il y a :

1. Transversalvagues. Les particules du milieu dans ce type d’onde vibrent perpendiculairement au faisceau d’ondes. Les ondulations d’un étang ou les cordes vibrantes d’une guitare peuvent aider à représenter les ondes transversales. Ce type de vibration ne peut pas se propager dans un liquide ou environnement gazeux, car les particules de ces milieux se déplacent de manière chaotique et il est impossible d'organiser leur mouvement perpendiculairement à la direction de propagation des ondes. Les ondes transversales se déplacent beaucoup plus lentement que les ondes longitudinales.
2. Longitudinalvagues. Les particules du milieu oscillent dans le même sens que celui dans lequel l'onde se propage. Certaines ondes de ce type sont appelées ondes de compression ou de compression. Les oscillations longitudinales d'un ressort - compression et extension périodiques - permettent une bonne visualisation de ces ondes. Les ondes longitudinales sont les ondes mécaniques les plus rapides. Les ondes sonores dans l’air, les tsunamis et les ultrasons sont longitudinaux. Il s'agit notamment d'un certain type d'ondes sismiques se propageant sous terre et dans l'eau.

Ondes mécaniques

Si les vibrations des particules sont excitées n'importe où dans un milieu solide, liquide ou gazeux, alors en raison de l'interaction des atomes et des molécules du milieu, les vibrations commencent à se transmettre d'un point à un autre avec une vitesse finie. Le processus de propagation des vibrations dans un milieu est appelé vague .

Ondes mécaniques il y a différents types. Si les particules du milieu dans une onde sont déplacées dans une direction perpendiculaire à la direction de propagation, alors l'onde est appelée transversal . Un exemple d'onde de ce type peut être des vagues courant le long d'un élastique tendu (Fig. 2.6.1) ou le long d'une corde.

Si le déplacement des particules du milieu se produit dans le sens de propagation de l'onde, alors l'onde est appelée longitudinal . Vagues dans une tige élastique (Fig. 2.6.2) ou les ondes sonores dans le gaz sont des exemples de telles vagues.

Les vagues à la surface d’un liquide ont des composantes transversales et longitudinales.

Dans les ondes transversales et longitudinales, il n’y a pas de transfert de matière dans la direction de propagation des ondes. Au cours du processus de propagation, les particules du milieu oscillent uniquement autour de positions d'équilibre. Cependant, les ondes transfèrent l’énergie vibratoire d’un point du milieu à un autre.

Caractéristique Les ondes mécaniques sont qu'elles se propagent dans des milieux matériels (solides, liquides ou gazeux). Il existe des ondes qui peuvent se propager dans le vide (par exemple, les ondes lumineuses). Les ondes mécaniques nécessitent nécessairement un milieu capable de stocker des ondes cinétiques et énergie potentielle. L’environnement doit donc avoir propriétés inertes et élastiques. Dans les environnements réels, ces propriétés sont réparties sur l'ensemble du volume. Par exemple, tout petit élément d’un corps solide possède une masse et une élasticité. Dans le plus simple modèle unidimensionnel un corps solide peut être représenté comme un ensemble de billes et de ressorts (Fig. 2.6.3).

Les ondes mécaniques longitudinales peuvent se propager dans tous les milieux : solides, liquides et gazeux.

Si dans un modèle unidimensionnel d'un corps solide, une ou plusieurs billes sont déplacées dans une direction perpendiculaire à la chaîne, une déformation se produira changement. Les ressorts, déformés par un tel déplacement, auront tendance à ramener les particules déplacées vers la position d'équilibre. Dans ce cas, les forces élastiques agiront sur les particules non déplacées les plus proches, tendant à les dévier de la position d’équilibre. En conséquence, une onde transversale parcourra la chaîne.

Dans les liquides et les gaz, aucune déformation élastique par cisaillement ne se produit. Si une couche de liquide ou de gaz est déplacée d'une certaine distance par rapport à la couche adjacente, aucune force tangente n'apparaîtra à la limite entre les couches. Les forces agissant à la frontière d'un liquide et d'un solide, ainsi que les forces entre des couches de liquide adjacentes, sont toujours dirigées perpendiculairement à la frontière : ce sont des forces de pression. Il en va de même pour les fluides gazeux. Ainsi, les ondes transversales ne peuvent pas exister dans les milieux liquides ou gazeux.

D'un grand intérêt pratique sont simples ondes harmoniques ou sinusoïdales . Ils sont caractérisés amplitudeUN vibrations des particules, fréquenceF Et longueur d'ondeλ. Les ondes sinusoïdales se propagent dans des milieux homogènes avec quelques vitesse constante υ.

Biais oui (X, t) les particules du milieu à partir de la position d'équilibre dans une onde sinusoïdale dépendent de la coordonnée X sur l'axe BŒUF, le long duquel l'onde se propage, et à temps t en droit.

Processus de vague- le processus de transfert d'énergie sans transfert de matière.

Vague mécanique- une perturbation se propageant dans un milieu élastique.

La présence d'un milieu élastique est une condition nécessaire à la propagation des ondes mécaniques.

Le transfert d'énergie et de quantité de mouvement dans un milieu résulte de l'interaction entre les particules voisines du milieu.

Les vagues sont longitudinales et transversales.

Une onde mécanique longitudinale est une onde dans laquelle le mouvement des particules du milieu se produit dans le sens de propagation de l'onde. Une onde mécanique transversale est une onde dans laquelle les particules du milieu se déplacent perpendiculairement à la direction de propagation de l'onde.

Les ondes longitudinales peuvent se propager dans n'importe quel milieu. Les ondes transversales ne se produisent pas dans les gaz et les liquides, car ils

il n'y a pas de positions fixes des particules.

Une influence externe périodique provoque des ondes périodiques.

Onde harmonique- une onde générée par les vibrations harmoniques des particules du milieu.

Longueur d'onde- la distance sur laquelle se propage l'onde pendant la période d'oscillation de sa source :

Vitesse des vagues mécaniques- vitesse de propagation de la perturbation dans le milieu. La polarisation est l'ordre des directions de vibrations des particules dans un milieu.

Plan de polarisation- le plan dans lequel les particules du milieu vibrent dans l'onde. Une onde mécanique polarisée linéairement est une onde dont les particules oscillent dans une certaine direction (ligne).

Polariseur- un appareil qui émet une onde d'une certaine polarisation.

onde stationnaire- une onde formée par la superposition de deux ondes harmoniques se propageant l'une vers l'autre et ayant la même période, amplitude et polarisation.

Ventre des ondes stationnaires- position des points avec l'amplitude maximale des oscillations.

Nœuds d'ondes stationnaires- des points d'onde immobiles dont l'amplitude d'oscillation est nulle.

Sur la longueur l de la corde, fixée aux extrémités, un nombre entier n demi-ondes d'ondes stationnaires transversales s'ajustent :

De telles ondes sont appelées modes d'oscillation.

Le mode d'oscillation pour un entier arbitraire n > 1 est appelé nième harmonique ou nième harmonique. Le mode de vibration pour n = 1 est appelé premier mode de vibration harmonique ou fondamental. Les ondes sonores sont des ondes élastiques dans un milieu qui provoquent des sensations auditives chez l'homme.

La fréquence des vibrations correspondant aux ondes sonores varie de 16 Hz à 20 kHz.

La vitesse de propagation des ondes sonores est déterminée par la vitesse de transmission des interactions entre particules. La vitesse du son dans un solide v p est, en règle générale, supérieure à la vitesse du son dans un liquide v l, qui, à son tour, dépasse la vitesse du son dans un gaz v g.

Les signaux sonores sont classés par hauteur, timbre et volume. La hauteur du son est déterminée par la fréquence de la source vibrations sonores. Plus la fréquence de vibration est élevée, plus le son est aigu ; les vibrations des basses fréquences correspondent aux sons graves. Le timbre d'un son est déterminé par la forme des vibrations sonores. La différence dans la forme des vibrations ayant la même période est associée à différentes amplitudes relatives du mode fondamental et de l'harmonique. L'intensité sonore d'un son est caractérisée par le niveau d'intensité du son. L'intensité sonore est l'énergie des ondes sonores incidentes sur une surface de 1 m2 en 1 s.

Thèmes du codificateur de l'examen d'État unifié : ondes mécaniques, longueur d'onde, son.

Ondes mécaniques est le processus de propagation des vibrations de particules d'un milieu élastique (solide, liquide ou gazeux) dans l'espace.

La présence de propriétés élastiques dans un milieu est une condition nécessaire propagation des ondes : la déformation qui se produit en n'importe quel endroit, due à l'interaction de particules voisines, est transmise séquentiellement d'un point du milieu à un autre. Divers types les déformations correspondront différents types vagues

Ondes longitudinales et transversales.

La vague s'appelle longitudinal, si les particules du milieu oscillent parallèlement à la direction de propagation de l'onde. Une onde longitudinale est constituée d'une alternance de déformations en traction et en compression. En figue.

La figure 1 montre une onde longitudinale, qui représente les vibrations des couches plates du milieu ; la direction dans laquelle les couches oscillent coïncide avec la direction de propagation des ondes (c'est-à-dire perpendiculaire aux couches).

Une onde est dite transversale si les particules du milieu oscillent perpendiculairement à la direction de propagation de l'onde. Une onde transversale est provoquée par des déformations par cisaillement d’une couche du milieu par rapport à une autre. En figue.

2, chaque couche oscille sur elle-même et l'onde va perpendiculairement aux couches.

Les ondes longitudinales peuvent se propager dans les solides, les liquides et les gaz : dans tous ces milieux, une réaction élastique à la compression se produit, à la suite de laquelle apparaissent successivement compression et raréfaction du milieu.
Cependant, les liquides et les gaz, contrairement aux solides, n'ont pas d'élasticité par rapport au cisaillement des couches. Par conséquent, les ondes transversales peuvent se propager dans les solides, mais pas dans les liquides et les gaz*..

Il est important de noter que les particules du milieu, lors du passage d'une onde, oscillent à proximité de positions d'équilibre inchangées, c'est-à-dire qu'en moyenne elles restent à leur place. La vague réalise ainsi transfert d'énergie non accompagné de transfert de matière Le plus simple à apprendre ondes harmoniques. Ils sont provoqués par des influences extérieures sur l’environnement et évoluent selon une loi harmonique. Lorsqu'une onde harmonique se propage, les particules du milieu effectuent vibrations harmoniques influence extérieure. Dans ce qui suit nous nous limiterons aux ondes harmoniques.

Examinons plus en détail le processus de propagation des ondes. Supposons qu'une particule du milieu (particule) commence à osciller avec une période. Agissant sur une particule voisine, il l'entraînera avec elle. La particule, à son tour, entraînera la particule avec elle, etc. Cela créera une onde dans laquelle toutes les particules oscilleront avec une période.

Or, les particules ont une masse, c’est-à-dire qu’elles sont inertes. Il faut un certain temps pour que leur vitesse change. Par conséquent, la particule dans son mouvement sera quelque peu en retard sur la particule, la particule sera en retard sur la particule, etc. Lorsque la particule aura terminé sa première oscillation et commencera la seconde, une particule située à une certaine distance de la particule commencera son première oscillation.

Ainsi, en un temps égal à la période d'oscillation des particules, la perturbation du milieu se propage sur une distance. Cette distance est appelée longueur d'onde. Les oscillations d'une particule seront identiques aux oscillations d'une particule, les oscillations de la particule suivante seront identiques aux oscillations d'une particule, etc. Les oscillations en quelque sorte se reproduisent à distance, on peut appeler période spatiale d'oscillation; avec la période pendant laquelle il s'agit la caractéristique la plus importante processus de vague. Dans une onde longitudinale, la longueur d'onde est égale à la distance entre les compressions ou raréfactions adjacentes (Fig. 1). Transversalement - la distance entre les bosses ou les dépressions adjacentes (Fig. 2). En général, la longueur d'onde est égale à la distance (dans le sens de propagation de l'onde) entre deux particules du milieu les plus proches qui oscillent de manière égale (c'est-à-dire avec une différence de phase égale à ).

Vitesse de propagation des ondes Le rapport de la longueur d'onde à la période d'oscillation des particules du milieu s'appelle :

La fréquence des ondes est la fréquence des oscillations des particules :

De là, nous obtenons la relation entre la vitesse des vagues, la longueur d’onde et la fréquence :

. (1)

Son.

Les ondes sonores V dans un sens large sont appelées toutes sortes d'ondes se propageant dans un milieu élastique. Au sens étroit son sont des ondes sonores dans la gamme de fréquences de 16 Hz à 20 kHz, perçues par l'oreille humaine. En dessous de cette plage se trouve la zone infrason, au-dessus - zone ultrason.

Les principales caractéristiques du son comprennent volume Et hauteur.
L'intensité sonore d'un son est déterminée par l'amplitude des fluctuations de pression dans une onde sonore et est mesurée en unités spéciales - décibels(dB). Ainsi, un volume de 0 dB est le seuil d'audibilité, 10 dB est le tic-tac d'une horloge, 50 dB est une conversation normale, 80 dB est un cri, 130 dB est la limite supérieure d'audibilité (la soi-disant seuil de la douleur).

Ton est le son produit par un corps effectuant des vibrations harmoniques (par exemple, un diapason ou une corde). La hauteur d'un ton est déterminée par la fréquence de ces vibrations : plus la fréquence est élevée, plus le son nous paraît aigu. Ainsi, en tendant la corde, on augmente la fréquence de ses vibrations et, par conséquent, la hauteur du son.

La vitesse du son dans différents milieux est différente : plus le milieu est élastique, plus le son le traverse rapidement. Dans les liquides, la vitesse du son est plus grande que dans les gaz, et dans les solides, elle est plus grande que dans les liquides.
Par exemple, la vitesse du son dans l’air est d’environ 340 m/s (il est pratique de la retenir comme « un tiers de kilomètre par seconde »)*. Dans l'eau, le son se propage à une vitesse d'environ 1 500 m/s et dans l'acier, à environ 5 000 m/s.
remarquerez que fréquence le son provenant d'une source donnée dans tous les médias est le même : les particules du milieu jouent oscillations forcées avec la fréquence de la source sonore. D’après la formule (1), nous concluons alors que lors du passage d’un milieu à un autre, en fonction de la vitesse du son, la longueur de l’onde sonore change.

Dans le cours de physique de 7e année que vous avez étudié vibrations mécaniques. Il arrive souvent que, apparues à un endroit, les vibrations se propagent aux zones voisines de l'espace. Souvenons-nous par exemple de la propagation des vibrations d'un caillou jeté dans l'eau ou des vibrations de la croûte terrestre se propageant depuis l'épicentre d'un tremblement de terre. Dans de tels cas, ils parlent de mouvement ondulatoire - vagues (Fig. 17.1). À partir de ce paragraphe, vous découvrirez les caractéristiques du mouvement des vagues.

Créer des ondes mécaniques

Prenons une corde assez longue, dont nous fixerons une extrémité à une surface verticale, et l'autre que nous déplacerons de haut en bas (osciller). Les vibrations de la main se propageront le long de la corde, impliquant progressivement des points de plus en plus éloignés dans le mouvement oscillatoire - une onde mécanique parcourra la corde (Fig. 17.2).

Une onde mécanique est la propagation de vibrations dans un milieu élastique*.

Maintenant, nous fixons horizontalement un long ressort souple et appliquons une série de coups successifs sur son extrémité libre - une vague constituée de condensations et de raréfactions des spires du ressort se déroulera dans le ressort (Fig. 17.3).

Les ondes décrites ci-dessus sont visibles, mais la plupart des ondes mécaniques sont invisibles, comme les ondes sonores (Figure 17.4).

À première vue, toutes les ondes mécaniques sont complètement différentes, mais les raisons de leur apparition et de leur propagation sont les mêmes.

On découvre comment et pourquoi une onde mécanique se propage dans un milieu

Toute onde mécanique est créée par un corps oscillant – la source de l'onde. En effectuant un mouvement oscillatoire, la source d'ondes déforme les couches du milieu les plus proches d'elle (les comprime et les étire ou les déplace). Il en résulte des forces élastiques qui agissent sur les couches voisines du milieu et les amènent à effectuer des vibrations forcées. Ces couches déforment à leur tour les couches suivantes et les font vibrer. Peu à peu, les unes après les autres, toutes les couches du milieu sont impliquées dans un mouvement oscillatoire : une onde mécanique se propage à travers le milieu.

Riz. 17.6. Dans une onde longitudinale, les couches du milieu oscillent dans la direction de propagation de l'onde.

On distingue les ondes mécaniques transversales et longitudinales

Comparons la propagation des ondes le long d'une corde (voir Fig. 17.2) et dans un ressort (voir Fig. 17.3).

Des parties individuelles de la corde se déplacent (oscillent) perpendiculairement à la direction de propagation de l'onde (sur la Fig. 17.2, l'onde se propage de droite à gauche et des parties de la corde se déplacent de haut en bas). De telles ondes sont appelées transversales (Fig. 17.5). Lorsque les ondes transversales se propagent, certaines couches du milieu se déplacent par rapport à d'autres. La déformation par déplacement s'accompagne de l'apparition de forces élastiques uniquement dans solides, les ondes transversales ne peuvent donc pas se propager dans les liquides et les gaz. Ainsi, les ondes transversales ne se propagent que dans les solides.

Lorsqu'une onde se propage dans un ressort, les spires du ressort se déplacent (oscillent) dans la direction de propagation de l'onde. De telles ondes sont appelées longitudinales (Fig. 17.6). Lorsqu'une onde longitudinale se propage, des déformations en compression et en tension se produisent dans le milieu (dans le sens de propagation de l'onde, la densité du milieu augmente ou diminue). De telles déformations dans n'importe quel environnement s'accompagnent de l'apparition de forces élastiques. Par conséquent, les ondes longitudinales se propagent dans les solides, les liquides et les gaz.

Les ondes à la surface d'un liquide ne sont ni longitudinales ni transversales. Ils ont un caractère longitudinal-transversal complexe, avec des particules liquides se déplaçant le long d'ellipses. Vous pouvez facilement le vérifier si vous jetez un morceau de bois léger à la mer et observez son mouvement à la surface de l’eau.

Découvrir les propriétés fondamentales des ondes

1. Mouvement oscillatoire d'un point du milieu à un autre ne se transmet pas instantanément, mais avec un certain retard, de sorte que les ondes se propagent dans le milieu avec une vitesse finie.

2. La source des ondes mécaniques est un corps oscillant. Lorsqu'une onde se propage, les oscillations de parties du milieu sont forcées, donc la fréquence d'oscillation de chaque partie du milieu est égale à la fréquence d'oscillation de la source d'onde.

3. Les ondes mécaniques ne peuvent pas se propager dans le vide.

4. Le mouvement des vagues ne s'accompagne pas d'un transfert de matière : certaines parties du milieu oscillent simplement par rapport à des positions d'équilibre.

5. Avec l'arrivée d'une vague, des parties du milieu commencent à se déplacer (acquérir énergie cinétique). Cela signifie que le transfert d’énergie se produit au fur et à mesure que l’onde se propage.

Transfert d'énergie sans transfert de matière - propriété la plus importante n'importe quelle vague.

Rappelez-vous la propagation des ondes à la surface de l'eau (Fig. 17.7). Quelles observations confirment les propriétés fondamentales du mouvement des vagues ?

On rappelle les grandeurs physiques qui caractérisent les vibrations

Une onde est la propagation d'oscillations, donc les grandeurs physiques qui caractérisent les oscillations (fréquence, période, amplitude) caractérisent également l'onde. Alors, rappelons-nous le matériel de 7e année :

	Grandeurs physiques caractérisant les vibrations
	Fréquence d'oscillation ν	Période d'oscillation T	Amplitude d'oscillation A
Définir	nombre d'oscillations par unité de temps	temps d'une oscillation	la distance maximale à laquelle un point s'écarte de sa position d'équilibre
Formule pour déterminer
	N est le nombre d'oscillations par intervalle de temps t
Unité SI		seconde(s)

Note! Lorsqu'une onde mécanique se propage, toutes les parties du milieu dans lequel l'onde se propage vibrent avec la même fréquence (ν), qui est égale à la fréquence d'oscillation de la source d'onde, donc la période

les vibrations (T) pour tous les points du milieu sont également les mêmes, car

Mais l’amplitude des oscillations diminue progressivement avec la distance à la source d’ondes.

Découvrez la longueur et la vitesse de propagation des ondes

Pensez à la propagation d'une onde le long d'une corde. Laissez l'extrémité de la corde effectuer une oscillation complète, c'est-à-dire que le temps de propagation de l'onde est égal à une période (t = T). Pendant ce temps, l'onde s'est propagée sur une certaine distance λ (Fig. 17.8, a). Cette distance s'appelle la longueur d'onde.

La longueur d'onde λ est la distance sur laquelle l'onde se propage en un temps égal à la période T :

où v est la vitesse de propagation des ondes. L'unité SI de longueur d'onde est le mètre :

Il est facile de remarquer que les points de la corde, situés à une distance de même longueur d'onde les uns des autres, oscillent de manière synchrone - ils ont la même phase d'oscillation (Fig. 17.8, b, c). Par exemple, les points A et B d'une corde montent simultanément, atteignent simultanément la crête d'une vague, puis commencent simultanément à descendre, etc.

Riz. 17.8. La longueur d'onde est égale à la distance parcourue par l'onde lors d'une oscillation (c'est aussi la distance entre les deux crêtes les plus proches ou les deux creux les plus proches)

A l'aide de la formule λ = vT, vous pouvez déterminer la vitesse de propagation

nous obtenons une formule pour la relation entre la longueur, la fréquence et la vitesse de propagation des ondes - la formule des ondes :

Si une onde passe d'un milieu à un autre, la vitesse de sa propagation change, mais la fréquence reste inchangée, puisque la fréquence est déterminée par la source de l'onde. Ainsi, selon la formule v = λν, lorsqu'une onde passe d'un milieu à un autre, la longueur d'onde change.

Formule de vague

Apprendre à résoudre des problèmes

Tâche. Une onde transversale se propage le long de la corde à une vitesse de 3 m/s. En figue. La figure 1 montre la position du cordon à un moment donné et la direction de propagation des ondes. En supposant que le côté de la cellule mesure 15 cm, déterminez :

1) amplitude, période, fréquence et longueur d'onde ;

Analyse du problème physique, solution

L'onde est transversale, donc les pointes de la corde oscillent perpendiculairement à la direction de propagation de l'onde (elles se déplacent de haut en bas par rapport à certaines positions d'équilibre).

1) D'après la fig. 1 on voit que l'écart maximum par rapport à la position d'équilibre (amplitude de l'onde A) est égal à 2 cellules. Cela signifie A = 2 15 cm = 30 cm.

La distance entre la crête et le creux est respectivement de 60 cm (4 cellules), la distance entre les deux crêtes les plus proches (longueur d'onde) est deux fois plus grande. Cela signifie λ = 2 60 cm = 120 cm = 1,2 m.

On trouve la fréquence ν et la période T de l'onde en utilisant la formule d'onde :

2) Pour connaître le sens de déplacement des pointes de la corde, nous allons réaliser une construction complémentaire. Laissez l’onde se déplacer sur une petite distance sur un court intervalle de temps Δt. Puisque l’onde se déplace vers la droite et que sa forme ne change pas avec le temps, les pointes de la corde prendront la position indiquée sur la Fig. 2 lignes pointillées.

L'onde est transversale, c'est-à-dire que les pointes de la corde se déplacent perpendiculairement à la direction de propagation de l'onde. De la fig. 2 on voit que le point K après un intervalle de temps Δt sera inférieur à sa position initiale, donc la vitesse de son mouvement est dirigée vers le bas ; le point B se déplacera plus haut, par conséquent, sa vitesse de déplacement est dirigée vers le haut ; le point C se déplacera plus bas, par conséquent, sa vitesse de déplacement est dirigée vers le bas.

Réponse : A = 30 cm ; T = 0,4 s ; v = 2,5 Hz ; λ = 1,2 m; K et C - vers le bas, B - vers le haut.

Résumons-le

La propagation des vibrations dans un milieu élastique est appelée onde mécanique. Une onde mécanique dans laquelle des parties du milieu vibrent perpendiculairement à la direction de propagation de l'onde est dite transversale ; une onde dans laquelle des parties du milieu oscillent dans la direction de propagation de l'onde est dite longitudinale.

Une onde ne se propage pas instantanément dans l’espace, mais à une certaine vitesse. Lorsqu’une onde se propage, l’énergie est transférée sans que la matière soit transférée. La distance sur laquelle une onde se propage dans un temps égal à une période est appelée longueur d'onde - c'est la distance entre les deux points les plus proches qui oscillent de manière synchrone (ont la même phase d'oscillation). La longueur λ, la fréquence ν et la vitesse v de propagation des ondes sont liées par la formule d'onde : v = λν.

Questions de contrôle

1. Définir une onde mécanique. 2. Décrire le mécanisme de formation et de propagation d'une onde mécanique. 3. Nommez les principales propriétés du mouvement des vagues. 4. Quelles ondes sont appelées longitudinales ? transversal? Dans quels environnements se propagent-ils ? 5. Qu’est-ce que la longueur d’onde ? Comment est-il défini ? 6. Quel est le lien entre la longueur, la fréquence et la vitesse de propagation des ondes ?

Exercice n°17

1. Déterminez la longueur de chaque vague de la Fig. 1.

2. Dans l'océan, la longueur d'onde atteint 270 m et sa période est de 13,5 s. Déterminez la vitesse de propagation d’une telle onde.

3. La vitesse de propagation de l'onde et la vitesse de déplacement des points du milieu dans lequel l'onde se propage coïncident-elles ?

4. Pourquoi une onde mécanique ne se propage-t-elle pas dans le vide ?

5. À la suite d'une explosion réalisée par des géologues, la croûte terrestre la vague s'est propagée à une vitesse de 4,5 km/s. Réfléchie depuis les couches profondes de la Terre, l'onde a été enregistrée à la surface de la Terre 20 s après l'explosion. À quelle profondeur se trouve la roche dont la densité diffère fortement de la densité de la croûte terrestre ?

6. Sur la fig. La figure 2 montre deux cordes le long desquelles se propage une onde transversale. Chaque corde indique la direction de vibration d'un de ses points. Déterminez les directions de propagation des ondes.

7. Sur la fig. La figure 3 montre la position de deux cordes le long desquelles l'onde se propage, ainsi que la direction de propagation de chaque onde. Pour chaque cas a et b, déterminez : 1) l'amplitude, la période, la longueur d'onde ; 2) la direction dans laquelle ce moment temps, les points A, B et C de la corde bougent ; 3) le nombre d'oscillations que fait n'importe quel point de la corde en 30 s. Supposons que le côté de la cellule mesure 20 cm.

8. Un homme debout au bord de la mer a déterminé que la distance entre les crêtes des vagues voisines est de 15 m. De plus, il a calculé qu'en 75 s, 16 crêtes des vagues atteignent le rivage. Déterminez la vitesse de propagation des ondes.

Ceci est du matériel de manuel