Physique : Oscillations et Ondes Mécaniques

Fiches de vocabulaire complètes sur les concepts fondamentaux des oscillations, des ondes mécaniques, de la célérité et de l'acoustique.

Oscillation

Cycle complet de variation répétée d'une grandeur physique autour d'un état d'équilibre.

Période ($T$)

Durée nécessaire pour accomplir une oscillation complète. Son unité dans le Système International est la seconde ($\text{s}$).

Fréquence ($f$)

Nombre d'oscillations effectuées par unité de temps. Son unité dans le Système International est le hertz ($1\,\text{Hz} = 1\,\text{s}^{-1}$).

Relation période-fréquence

Relation mathématique exprimant que la fréquence et la période sont inverses l'une de l'autre : $f = \frac{1}{T}$ ou $T = \frac{1}{f}$.

Pendule simple

Système constitué d'une masse accrochée à un fil ou à une tige de masse négligeable, oscillant autour de sa position d'équilibre.

Période d'un pendule simple

Grandeur donnée par la formule $T = 2\pi\sqrt{\frac{l}{g}}$, qui augmente avec la longueur du fil $l$ et diminue lorsque l'intensité de la pesanteur $g$ augmente, tout en restant indépendante de la masse et de l'amplitude.

Pesanteur sur la Lune ($g_{\text{Lune}}$)

Intensité de la pesanteur sur la Lune valant environ un sixième de la pesanteur terrestre ($g_{\text{Lune}} \approx \frac{1}{6}\,g_{\text{Terre}}$, soit environ $1{,}58\,\text{m/s}^2$).

Onde

Succession d'oscillations se propageant à travers l'espace, transportant de l'énergie sans transporter de matière.

Source d'une onde

Oscillation initiale dont chaque point du milieu de propagation reproduit fidèlement le mouvement.

Sinusoïde

Courbe périodique représentant la variation spatiale ou temporelle d'une onde ou des oscillations d'un système.

Crête

Point le plus haut de la sinusoïde représentant l'écart maximal positif par rapport à l'état d'équilibre.

Creux

Point le plus bas de la sinusoïde représentant l'écart maximal négatif par rapport à l'état d'équilibre.

Amplitude ($A$)

Écart maximal d'un point d'onde ou d'un oscillateur par rapport à sa position d'équilibre. Son unité dans le Système International est le mètre ($\text{m}$).

Longueur d'onde ($\lambda$)

Distance après laquelle la forme de la sinusoïde se répète, correspondant à la distance séparant deux crêtes consécutives. Son unité SI est le mètre ($\text{m}$).

Front d'onde

Courbe ou surface représentant le lieu géométrique des points vibrant en phase (comme l'ensemble des crêtes ou des creux), deux fronts consécutifs étant séparés d'une distance $\lambda$.

Rayon d'onde

Flèche perpendiculaire au front d'onde en chaque point, indiquant la direction et le sens de propagation de l'onde.

Célérité ($c$)

Vitesse de propagation d'une onde à travers un milieu donné, mesurée en mètres par seconde ($\text{m/s}$) dans le Système International.

Formule de la célérité

Relation reliant la vitesse de l'onde à ses caractéristiques temporelles et spatiales : $c = \frac{\lambda}{T} = \lambda \cdot f$.

Onde transversale

Onde dans laquelle la direction de vibration du milieu est perpendiculaire à la direction de propagation de l'onde.

Onde longitudinale

Onde dans laquelle la direction de vibration du milieu est parallèle à la direction de propagation de l'onde.

Onde sonore (acoustique)

Onde mécanique longitudinale constituée d'une série de compressions se propageant dans un milieu matériel élastique, incapable de se déplacer dans le vide.

Célérité du son dans l'air sec à $0\,^{\circ}\text{C}$

Vitesse d'environ $340\,\text{m/s}$ ($1\,200\,\text{km/h}$), représentant approximativement un millionième de la célérité de la lumière ($3 \times 10^8\,\text{m/s}$).

Hauteur d'un son

Caractéristique sonore directement liée à la fréquence : un son est d'autant plus aigu que la fréquence est haute, et d'autant plus grave que la fréquence est basse.

Intensité d'un son

Caractéristique sonore déterminée par l'amplitude des vibrations de la source : plus l'amplitude est grande, plus le son est fort et intense.

Zone d'audibilité humaine

Plage de fréquences acoustiques perceptibles par l'oreille humaine, comprise entre $20\,\text{Hz}$ et $20\,\text{kHz}$ ($20\,000\,\text{Hz}$).

Infrasons

Ondes sonores dont la fréquence est inférieure à $20\,\text{Hz}$, en dessous de la zone d'audibilité humaine.

Ultrasons

Ondes sonores dont la fréquence est supérieure à $20\,\text{kHz}$ ($20\,000\,\text{Hz}$), au-delà de la zone d'audibilité humaine.

Microphone

Détecteur acoustique dont la membrane élastique entre en vibration lors du passage d'une onde sonore pour convertir les signaux mécaniques en signaux électriques.