Spé. Physique-Chimie · Terminale · cours rédigé et vérifié par Claryo, conforme au Bulletin officiel
Une onde progressive est la propagation, de proche en proche, d'une perturbation dans un milieu, sans transport de matière. Lors de cette propagation, ce sont l'énergie et l'information qui se déplacent ; les points matériels du milieu, eux, ne font qu'osciller autour de leur position d'équilibre. C'est l'idée fondamentale à maîtriser : un bouchon sur l'eau monte et descend sur place quand la vague le traverse, il ne part pas avec elle.
On distingue deux grandes familles. Selon la direction de la perturbation, une onde est transversale (perturbation perpendiculaire à la propagation : corde, vague, onde lumineuse) ou longitudinale (perturbation parallèle à la propagation : son dans l'air, qui est une succession de compressions et de dilatations). Selon la nature du milieu, une onde est mécanique (elle exige un support matériel : son, séisme, vagues) ou électromagnétique (elle se propage même dans le vide : lumière, ondes radio).
La célérité v est la vitesse de propagation de la perturbation. Elle dépend du milieu et non de la source. Un point M situé à la distance d d'un point source S reproduit exactement le mouvement de S, mais avec un retard \tau = d/v.
Lorsque la perturbation se répète identique à elle-même, l'onde est périodique. Elle possède alors une double périodicité : temporelle (période T, vue en un point fixe au fil du temps) et spatiale (longueur d'onde \lambda, vue à un instant figé le long de la propagation). Ces deux périodicités sont reliées par la célérité.
Relation fondamentale de la périodicité : \lambda = v\,T = \dfrac{v}{f}, avec \lambda en m, v en \text{m·s}^{-1}, T en s et f en Hz.
Retard de propagation : \tau = \dfrac{d}{v}, soit d = v\,\tau.
Condition de phase entre deux points distants de d : en phase si d = k\lambda ; en opposition de phase si d = \left(k+\tfrac{1}{2}\right)\lambda, avec k entier.
Schéma à savoir tracer : une sinusoïde spatiale (à t fixé, l'axe horizontal est la distance x, et \lambda se lit comme une période sur cet axe) et une sinusoïde temporelle (en x fixé, l'axe horizontal est le temps t, et T se lit comme une période). Ne pas confondre les deux graphes.
Pour mesurer une célérité à partir de deux enregistrements décalés, on identifie le décalage temporel \tau entre deux signaux et la distance d séparant les capteurs, puis on applique v = d/\tau. Pour mesurer \lambda sur un graphe spatial, on relève la distance entre deux maxima consécutifs. Pour mesurer T sur un graphe temporel, on relève la durée entre deux maxima consécutifs ; mieux vaut mesurer plusieurs périodes et diviser, afin de réduire l'incertitude.
Ne jamais lire une longueur d'onde sur un graphe temporel ni une période sur un graphe spatial : c'est l'erreur la plus sanctionnée. Vérifier toujours l'unité de l'axe horizontal. Ne pas confondre la célérité v (vitesse de la perturbation) avec la vitesse d'un point du milieu, qui oscille et change de signe. Penser à convertir les kilomètres en mètres et les millisecondes en secondes avant tout calcul.
Sache énoncer en une phrase que l'onde transporte de l'énergie sans matière. Maîtrise \lambda = v/f dans les deux sens. Pour un exercice de type sismique ou écho, pose toujours le retard \tau = d/v et raisonne sur la différence des temps de parcours. Garde les chiffres significatifs cohérents avec les données (souvent 2 ou 3).