MOUVEMENT OSCILLATOIRE SIMPLE (SHM)
- Définition : mouvement répétitif ressort, pendule
- Équation : x(t) = A sin(ωt + φ)
• A = amplitude (distance max)
• ω = pulsation = 2πf (f = fréquence Hz)
• φ = phase initiale (décalage départ)
• t = temps
Exemple 1 : Pendule simple
- Longueur L = 1 m, g = 10 m/s²
- Période T = 2π√(L/g) = 2π√(1/10) ≈ 2 s
- Fréquence f = 1/T = 0,5 Hz (0,5 oscillations par seconde)
- Pulsation ω = 2πf = π rad/s ≈ 3,14 rad/s
- Si amplitude A = 0,1m (10cm), position = 0,1 sin(πt)
- À t = 0,25s : x = 0,1 sin(π/4) = 0,1 × 0,707 = 0,0707 m = 7,07 cm
Exemple 2 : Ressort vertical
- Masse m = 1 kg, constante k = 100 N/m
- Période T = 2π√(m/k) = 2π√(1/100) = 2π/10 ≈ 0,628 s
- Fréquence f ≈ 1,59 Hz
- Oscillation très rapide comparé pendule
ONDES SINUSOÏDALES
- Équation : y(x,t) = A sin(kx - ωt + φ)
• k = nombre d'onde = 2π/λ (λ = longueur d'onde)
• ω = pulsation temporelle
• Relation dispersion : ω = v × k (v = vitesse ondes)
Exemple : onde sonore
- Fréquence f = 440 Hz (La musical)
- Vitesse son v = 340 m/s air
- Longueur d'onde λ = v / f = 340 / 440 ≈ 0,77 m
- Nombre d'onde k = 2π / λ ≈ 8,16 rad/m
- Pulsation ω = 2πf = 2π(440) ≈ 2 764 rad/s
- Équation onde : y(x,t) = A sin(8,16x - 2764t)
INTERFÉRENCE ONDES
- Deux ondes même fréquence, phase différente φ
- Onde 1 : y₁ = A sin(ωt)
- Onde 2 : y₂ = A sin(ωt + φ)
- Onde résultante : y = y₁ + y₂
Cas φ = 0 (en phase) :
- y = 2A sin(ωt) (amplification totale, amplitude double)
Cas φ = π (opposition) :
- y = A sin(ωt) + A sin(ωt + π) = 0 (annulation complète)
Cas φ = π/2 (quadrature) :
- y = A sin(ωt) + A cos(ωt) = A√2 sin(ωt + π/4)
- Amplification partielle
Application : acoustique concert (speakers décalés créent zones mortes)
Application : optique (fentes Young, interféromètre)
Application : radios (annulation onde brouillage)