Ondes mécaniques

Exercice 1 : Questions de cours (5 points)

Question 1 (1,5 point)

Qu'est-ce qu'une onde mécanique progressive ? Citer une caractéristique importante concernant le transport de matière et d'énergie.

Question 2 (2 points)

Donner la définition d'une onde transversale et d'une onde longitudinale. Proposer un exemple pour chaque type d'onde.

Question 3 (1,5 point)

Un séisme génère des ondes sismiques qui se propagent à la surface de la Terre. S'agit-il d'ondes mécaniques ? Justifier votre réponse.

Exercice 2 : Le tonnerre et l'éclair (6 points)

Lors d'un orage, un observateur voit un éclair et entend le coup de tonnerre avec un décalage de temps $\Delta t = 5,0$ s. La lumière se propage quasi-instantanément jusqu'à l'observateur. Le son, quant à lui, est une onde mécanique qui se propage dans l'air.

On considère que la célérité du son dans l'air est $v_{son} = 340$ m.s⁻¹.

Question 1 (1 point)

Le décalage de temps $\Delta t$ perçu par l'observateur est appelé le "retard". À quoi correspond ce retard dans cette situation ?

Question 2 (2,5 points)

Calculer la distance $d$ qui sépare l'observateur du point de chute de la foudre. Détailler le calcul.

Question 3 (2,5 points)

Un deuxième observateur, situé à une distance $d_2 = 5,1$ km de l'orage, perçoit le tonnerre. Calculer le retard $\Delta t_2$ avec lequel il entend le son après avoir vu l'éclair.

Exercice 3 : Onde le long d'une corde (5 points)

On génère une onde périodique le long d'une corde élastique. Le graphique ci-dessous représente l'élongation (le déplacement vertical) d'un point P de la corde en fonction du temps.

Question 1 (1 point)

L'onde qui se propage le long de la corde est-elle transversale ou longitudinale ? Justifier brièvement.

Question 2 (1,5 point)

À l'aide du graphique, déterminer la période temporelle $T$ de l'onde. Laisser apparaître le raisonnement sur le graphique si besoin.

Question 3 (1,5 point)

En déduire la fréquence $f$ de l'onde. Donner la formule et le résultat avec son unité.

Question 4 (1 point)

Quelle est l'amplitude de cette onde ?

Exercice 4 : Vagues à la surface de l'eau (4 points)

On prend une photographie de la surface de la mer à un instant $t$ donné. Les vagues forment une onde périodique. Le profil de la surface de l'eau en fonction de la distance horizontale $x$ est donné par le graphique ci-dessous.

La célérité des vagues est mesurée à $v = 4,0$ m.s⁻¹.

Question 1 (2 points)

Le graphique représente une "périodicité spatiale". Déterminer la valeur de cette période spatiale, appelée longueur d'onde $\lambda$.

Question 2 (2 points)

En utilisant la relation liant la célérité, la longueur d'onde et la période temporelle ($v = \lambda / T$), calculer la période temporelle $T$ d'une vague.