Ondes
Ondes et Signaux
Étude expérimentale de la propagation des ondes mécaniques et lumineuses : mesure de la célérité, de la longueur d'onde et des phénomènes de diffraction et d'interférences.
Introduction
Les ondes transportent de l'énergie sans transporter de matière. L'ECE sur les ondes et signaux explore la propagation des ondes sonores, ultrasonores ou lumineuses, les phénomènes de diffraction et d'interférences. L'élève apprend à mesurer des grandeurs caractéristiques (période, fréquence, longueur d'onde, célérité) avec des instruments adaptés.
Contenu détaillé
1. Caractéristiques des ondes
- •Période T (s), fréquence f = 1/T (Hz), longueur d'onde λ (m)
- •Relation fondamentale : v = λ × f (ou λ = v × T)
- •Célérité des ondes sonores dans l'air : v ≈ 340 m/s à 20°C
- •Célérité de la lumière dans le vide : c = 3,00 × 10⁸ m/s
2. Protocole expérimental type
- •Mesurer la célérité du son : deux microphones + oscilloscope (Δt entre les deux signaux)
- •Observer la diffraction de la lumière par une fente fine (a ~ λ)
- •Réaliser des interférences avec les fentes d'Young : interfrange i = λD/a
- •Utiliser un spectroscope ou un réseau pour décomposer la lumière blanche
3. Diffraction et interférences
- •Condition de diffraction : la taille de l'obstacle est du même ordre que λ
- •Angle de diffraction : θ ≈ λ/a (en radians, a = largeur de la fente)
- •Interférences constructives (différence de marche = kλ) et destructives (= (k+½)λ)
- •Applications : spectroscopie, contrôle non destructif, imagerie médicale
Matériel expérimental
Oscilloscope ou interface d'acquisition
Visualiser les signaux temporels et mesurer la période
Laser He-Ne (λ = 632,8 nm)
Source de lumière cohérente pour diffraction et interférences
Fentes d'Young et fentes simples
Créer les phénomènes de diffraction et d'interférences
Haut-parleur + GBF
Produire des ondes sonores de fréquence connue
Vocabulaire
Longueur d'onde : Distance parcourue par l'onde pendant une période : λ = v × T (en mètres)
Diffraction : Modification de la direction de propagation d'une onde au passage d'un obstacle ou d'une ouverture
Interférences : Superposition de deux ondes cohérentes créant des zones de renforcement et d'annulation
Interfrange : Distance entre deux franges brillantes consécutives : i = λD/a
Sujets type Bac ECE
- 1Mesurer la célérité du son dans l'air par deux méthodes différentes
- 2Déterminer la longueur d'onde d'un laser par diffraction
- 3Étudier les interférences lumineuses avec les fentes d'Young
