Diffraction & Dispersion des ondes mécaniques
🌊 Diffraction & Dispersion des ondes mécaniques
Onde reste rectiligne (peu de diffraction).
Onde devient circulaire après la fente : c’est l’onde diffractée.
📌 Conditions pour que l’onde soit diffractée :
Le phénomène de diffraction se produit lorsque la dimension de l’ouverture (ou de l’obstacle) a est inférieure ou égale à la longueur d’onde λ :
➜ La diffraction est d’autant plus marquée que a est petit devant λ.
On remarque que la longueur d’onde ne change pas lors de la diffraction : l’onde diffractée conserve la même λ que l’onde incidente. Seule la forme et la direction sont modifiées.
Conclusion : La diffraction est la modification de la forme et de la direction d’une onde au voisinage d’une ouverture ou d’un obstacle de dimensions a ≤ λ.
🎛️ On ajuste la fréquence N et on mesure la longueur d’onde λ (tous les points apparaissent immobiles grâce au stroboscope).
📊 Tableau d’exploitation : célérité V = λ·N
| N (Hz) | 20 | 25 | 30 | 35 |
|---|---|---|---|---|
| λ (m) | 1,0 | 0,9 | 0,8 | 0,7 |
| V = λ·N (m/s) | 20,0 | 22,5 | 24,0 | 24,5 |
🔍 Calculs : V = λ × N → 20×1=20 ; 25×0,9=22,5 ; 30×0,8=24 ; 35×0,7=24,5 m·s⁻¹.
📈 Observation : La célérité V augmente avec la fréquence N (de 20 à 24,5 m/s).
➜ La vitesse de propagation dépend de la fréquence → l’eau est un milieu dispersif (pour les ondes à sa surface).
Un milieu est dit dispersif si la célérité des ondes mécaniques dépend de leur fréquence. Dans l’eau, \( V = f(N) \).
L’air (pour les ondes sonores dans les conditions usuelles) est un milieu non dispersif : la vitesse du son (≈340 m/s) est indépendante de la fréquence.
🎯 Conclusion générale – Dispersion : On dit qu’un milieu est dispersif lorsque la célérité d’une onde dépend de sa fréquence. L’eau est un milieu dispersif ; l’air est un milieu non dispersif (dans le domaine audible).
- Modification de la forme / direction d’une onde.
- Se produit si a ≤ λ (taille de l’ouverture ou obstacle).
- La longueur d’onde λ ne change pas.
- Exemples : ondes à la surface de l’eau, ondes sonores, lumière.
- Milieu dispersif : V dépend de N (ou λ).
- Milieu non dispersif : V constante (ex: air pour le son).
- Dans l’eau, la célérité des ondes de surface augmente avec N.
- Relation : V = λ·N, mais λ varie avec N si V dépend de N.
1. Une fente a une largeur a = 2 cm. Une onde plane de longueur d’onde λ = 5 cm rencontre cette fente. Y a-t-il diffraction marquée ? → Oui, car a (2 cm) ≤ λ (5 cm).
2. La célérité d’une onde à la surface de l’eau est-elle constante ? → Non, elle augmente avec la fréquence, l’eau est un milieu dispersif.
3. La longueur d’onde change-t-elle durant le phénomène de diffraction ? → Non, seule la direction de propagation et la forme changent, λ reste identique.
4. L’air est-il un milieu dispersif pour les ultrasons ? → Dans les conditions standards, l’air est non dispersif, la vitesse du son est indépendante de la fréquence.