ondes mécaniques longitudinales et transversales
onde mécanique progessive périodique
Les ondes
Qu'est-ce que les ondes ?
Les ondes sont des vibrations qui se propagent en transférant de l'énergie d'un endroit à un autre sans transport de matière (solide, liquide ou gaz).
Pensez à une ola que nous faisons durant un match de football. L'onde se propage autour du stade tandis que chaque spectateur reste sur son siège en se déplaçant seulement vers le haut puis vers le bas quand vient son tour.
Dans une ola, il y a propagation d’une perturbation (les spectateurs qui se lèvent), sans transport de matière dans un milieu (la foule formée par les spectateurs).
Certaines ondes nécessitent une substance pour se déplacer. Cette substance s'appelle milieu
matériel et il peut être solide, liquide ou gaz. Les ondes sonores et les ondes sismiques sont de ce
type. Elles nécessitent un milieu pour voyager. C'est le milieu qui vibre quand les ondes voyagent
à travers.
Certaines ondes n'ont pas besoin de substance matérielles pour voyager. Elles peuvent se
propager à travers un milieu ou sans. C'est le cas de la lumière visible, des rayons infrarouges, des
micro-ondes et d'autres types de radiations électromagnétiques qui peuvent se propager à travers
un espace vide.
Ondes transversales et longitudinales
Ondes transversales
La lumière et d'autres types de radiations électromagnétiques sont des ondes transversales.
Les ondes produites par la pierre lancée dans l'eau et les ondes S (type d'ondes
sismiques) sont également transversales.
Exemple : onde se propageant le long d'une corde
Ondes longitudinales
Les ondes sonores et les ondes produites en comprimant un ressort sont des ondes longitudinales.
Exemple : onde de compression dans un ressort
Les ondes P (autre type d'ondes sismiques se déplaçant relativement vite et qui voyagent à travers
des solides et des liquides) sont également des ondes longitudinales.
Dans les ondes transversales, les vibrations sont perpendiculaires à la direction du déplacement
des ondes.
Dans les ondes longitudinales, les vibrations vont dans le même sens que la direction du
déplacement des ondes.
Amplitude, longueur d'onde, fréquence et vitesse de propagation
Pour différencier une onde d'une autre, on distingue quatre types de magnitudes physiques.
Amplitude
Quand l'onde se propage, elle transporte une perturbation. L'amplitude d'une onde se mesure par
la perturbation maximale par rapport à sa position d'équilibre. Attention, l'amplitude n'est pas la
distance entre la position maximale (crête) et minimale (vallée ou noeud).
Longueur d'onde
La longueur d'onde est la distance entre deux points consécutifs avec le même état de vibration.
La manière la plus habituelle de la mesurer est entre crête à crête.
Comme toutes les distances, elle se mesure en mètres, bien que comme il existe une grande
variété de longueur d’onde, on a l’habitude d’utiliser des multiples comme le kilomètre (pour les
grandes ondes comme celles de la radio ou de la télévision) ou des sous-multiples comme le
nanomètre ou l'angström (pour des ondes courtes comme la radiation visible et les rayons X).
Fréquence
La fréquence d’une onde est le nombre d’ondes produites par une source chaque seconde. On
peut aussi la définir comme le nombre d’ondes qui passent un certain point chaque seconde.
L’unité de la fréquence est l’hertz (Hz).
Un hertz est équivalent à une vibration par seconde.
Pour les hautes fréquences, on utilise le kilohertz (kHz), le mégahertz (MHz), et le gigahertz
(GHz).
Par exemple, la majorité des gens ne peut pas percevoir des sons de fréquence supérieure à 20 Hz,
les stations de radio émettent des ondes radio avec des fréquences de l’ordre de 100 MHz, alors
que la majorité des systèmes informatiques sans fils fonctionnent à 2.4 GHz.
Vitesse
C’est la rapidité avec laquelle se propage une onde.
La vitesse d’une onde, sa vitesse de propagation, est en relation avec sa fréquence et sa longueur
d’onde, selon l’équation suivante :
Vitesse (m/s) = fréquence (Hz) x longueur d’onde (mètres)
Par exemple, une onde avec une fréquence de 100 Hz et une longueur d’onde de 2 m, voyage à
100 x 2 = 200 m/s.
TEST D’AUTO- ÉVALUATION
1) La distance de la crête d’une onde à la crête suivante s’appelle :
Amplitude
Longueur d’onde
Fréquence
2) Quelle est l’unité de la fréquence ?
m/s
s
Hz
3) Quelle est l’équation correcte ?
Vitesse = fréquence x longueur d’onde
Vitesse = fréquence + longueur d’onde
Vitesse = fréquence ÷ longueur d’onde
4) Que peut-on dire quand les vibrations d’une ondes forment un angle droit avec la direction de la propagation?
Il doit s’agir d’une onde transversale
Il doit s’agir d’une onde longitudinale.
Il doit s’agir d’une onde sonore.
5) Que peut-on dire quand les vibrations d’une onde suivent la même direction que celle de sa propagation
?
Il doit s’agir d’une onde transversale
Il doit s’agir d’une onde longitudinale.
Il doit s’agir d’une onde lumineuse.
6) Quelle différence y a-t-il a entre les ondes transervales et longitudinales ? Donne des exemples des
deux types d'ondes et représente-les à travers un schéma.
7) La figure suivante représente une onde qui se propage le long d'une corde. Si on agite l'extrémité de la
corde deux fois par seconde, détermine : l'amplitude, la fréquence, la longeur d'onde et la vitesse de
propagation de la perturbation.
8) Dans le même quadrillage dessine deux ondes. Une de 20 cm de longueur d'onde et 4 mm d'amplitude
et l'autre de 10 cm de longueur d'onde et de 2 mm d'amplitude.
Télécom 2
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L'étendue de la couverture des satellites étant d'environ un tiers du globe terrestre, trois satellites suffisent pour former un réseau disponible en permanence, couvrant l'ensemble de la planète.
Les satellites de télécommunication constituent un moyen de transmission complémentaire au réseau terrestre. Ils permettent d'établir des communications dans des pays ou zones de territoire pour lesquels l'infrastructure au sol est inexistante. Par ailleurs, ils sont très efficaces pour diffuser simultanément la même information à beaucoup d'utilisateurs.
L'espace : pour communiquer
D'un réseau à l'autre
Pour une communication téléphonique, par exemple, les vibrations de la voix sont transformées en signaux électriques. Ces signaux électriques sont transportés par une paire de fils de cuivre pour rejoindre un centre de traitement qui les oriente jusqu'au correspondant. Ils sont orientés entre les centres de traitement par des réseaux de communication qui utilisent :
- soit des câbles à fibre optique ; les signaux électriques sont transformés en signaux lumineux qu'une fibre optique est capable de transporter sur de longues distances ;
- soit des réseaux hertziens ; les signaux électriques sont transformés en ondes radioélectriques ou ondes hertziennes qui se propagent à travers l'atmosphère et au-delà.
Des relais de communication
Dans les réseaux hertziens, les informations converties en ondes radioélectriques ou ondes hertziennes se propagent uniquement en ligne droite : elles sont donc arrêtées par le relief et la rotondité de la Terre. Pour leur permettre de contourner les obstacles, le réseau hertzien est composé de relais placés sur des hauteurs. Chacun d'eux reçoit les ondes émises par le relais précédent, les amplifie et les renvoie au relais suivant. Ainsi, pour assurer la retransmission des chaînes de télévision hertzienne sur l'ensemble du territoire, la France compte près de 600 émetteurs principaux et 12 000 relais.
Mais quand la distance à parcourir est très grande ou pour traverser un océan, les relais terrestres ne suffisent plus. Par sa position privilégiée, c'est-à-dire très haut au-dessus de nous, le satellite s'est rapidement imposé comme un complément indispensable au relais. Il permet de relier simultanément des antennes terrestres éloignées de plusieurs kilomètres. Plus de 200 satellites de télécommunication, placés sur l'orbite géostationnaire à 36 000 km au-dessus de l'équateur, présentent l'avantage de tourner à la même vitesse que la Terre.
Mais quand la distance à parcourir est très grande ou pour traverser un océan, les relais terrestres ne suffisent plus. Par sa position privilégiée, c'est-à-dire très haut au-dessus de nous, le satellite s'est rapidement imposé comme un complément indispensable au relais. Il permet de relier simultanément des antennes terrestres éloignées de plusieurs kilomètres. Plus de 200 satellites de télécommunication, placés sur l'orbite géostationnaire à 36 000 km au-dessus de l'équateur, présentent l'avantage de tourner à la même vitesse que la Terre.
