Première STI2D

Notion d’onde

I - Ondes mécaniques. Ondes électromagnétiques. Phénomènes de propagation. Onde longitudinale, onde transversale.

On distingue deux types d'ondes :

• les ondes mécaniques (sonores, sismiques, etc.) qui ont besoin d'un milieu matériel de propagation ;
• les ondes électromagnétiques (lumière, onde radio, etc.) qui se propagent même dans le vide.

La propagation d'une onde s'accompagne d'un transfert d'énergie sans déplacement de matière. Lors de la propation d'une onde mécanique, il y a bien localement une perturbation/déformation du milieu matériel mais pas de déplacement de matière sur une grande distance.

La direction de la perturbation dans le milieu matériel de propagation peut être :

• parallèle à la direction de propagation de l'onde pour une onde longitudinale ;
• perpendiculaire à la direction de propagation de l'onde pour une onde transversale.

II - Ondes périodiques. Ondes sinusoïdales. Période. Longueur d’onde. Relation entre période, longueur d’onde et célérité.

Une onde est période si la perturbation qui lui donne naissance se reproduit identique à elle-même à intervalles de temps égaux.

Par ailleurs, la représentation graphique d'une onde périodique peut avoir la forme d'une sinusoïde, on dit alors que l'onde est sinusoïdale. son modèle mathématique est alors du type :

\[ { y(x,t)=A \times sin(kx-ωt) } \]

Lorsque l'onde se propage, il y a une double périodicité :

• la périodicité spatiale que l'on appelle longueur d'onde notée λ et exprimée en mètre ;
• la périodicité temporelle que l'on appelle période notée T et exprimée en seconde.

La longueur d'onde est la distance parcourrue par l'onde pendant une période :

\[ \bbox[yellow, 4px, border:1px solid red] { λ = c \times T } \]

où \(c\) est la célérité de l'onde (c'est la vitesse de propagation de l'onde) exprimée en \(m.s^{-1}\).

III - Onde et transport de l’information.

De toutes les caractéristiques d'une onde (longueur d'onde, célérité, amplitude, période/fréquence), seule la fréquence ne varie pas suivant le milieu de propagation.

Pour transmettre des informations sur une distance plus ou moins grande, on utilise des ondes électromagnétiques avec une fréquence adaptée.

L'onde porteuse est modulée selon un code donné entre émetteur et récepteur par un signal modulant (l'information à transmettre). Ce code peut être de la modulation d'amplitude, ou de la modulation de fréquence. Avec l'apparition de modulation numérique, une multitude de codes ont été inventé.

IV - Phénomènes de transmission, de réflexion, d’absorption.

Quand une onde passe d'un milieu de propagation A à un autre milieu B, son énergie est en partie :

• réfléchie dans le milieu de propagation A, à la surface de contact entre les deux milieux A et B;
• absorbée dans le milieu de propagation B ;
• transmise après le milieu B.

L'énergie de l'onde incidente est égale à la somme des énergies des ondes réfléchie, absorbée et transmise :

\[ \bbox[yellow, 4px, border:1px solid red] { I=I_{r}+I_{a}+I_{t} } \]