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Qu’est ce qu’un phénomène périodique ?

Par Yann le 05/12/2017 Ressources > Physique-Chimie > Seconde > Ondes et phénomènes périodiques > Définition d’un Phénomène Périodique et Exemples

Caractéristiques d’un phénomène périodique

Dans le vocabulaire courant, on appelle un « périodique » un journal qui paraît tous les jours.

Par définition, un phénomène périodique est un phénomène qui se répète de manière identique à intervalles de temps réguliers.

Pour définir un phénomène périodique on peut utiliser la période qui représente le temps séparant deux reproductions identiques. Elle est notée « T ». Les phénomènes périodiques évoluent par cycle. La période est généralement donnée en secondes.

Notion de fréquence

La fréquence est définie comme étant le nombre de périodes par unité de temps. Elle est définie par la relation suivante :

F = 1/T

  • Avec T : période (en secondes)
  • Et f : fréquence (généralement en Hertz)

Notion d’amplitude

Un phénomène périodique est aussi caractérisé par une amplitude et cette amplitude correspond aux valeurs maximales que peut prendre le phénomène périodique.

Le phénomène périodique peut être un mouvement, une déformation, une variation de température, de luminosité, de tension, d’intensité etc. Il faut parfois utiliser des appareils particuliers pour distinguer et étudier un phénomène périodique.

Quelques exemples de phénomènes périodiques

Quelques exemples :

Marée journalière12 heures
Jour terrestre24 heures
Phases de la Lune29 jours
Rotation de la Terre autour du Soleil365 jours
Rotation de Mars autour du Soleil696 jours

Exemples à l’échelle de la Terre et de l’Univers

Les marées sont des variations de hauteur du niveau de l’océan et dans une moindre mesure de la mer. Cette variation de hauteur est due à l’effet conjugué des forces d’attractions de différents astres comme la Lune et le Soleil, mais aussi à la force centrifuge de la Terre.

Les marées sont des phénomènes oscillatoires et périodiques du niveau des eaux.

Quand une masse d’eau se trouve à proximité du Soleil ou de la Lune, il se créer une attraction au niveau des masses d’eau : le niveau de l’eau monte, c’est la marée haute. Quand l’attraction diminue, le niveau de l’eau descend et c’est la marée basse.

Il existe plusieurs types de marées :

  • Les marées journalières : il y a deux marées par jour
  • Les marées vives eaux et mortes eaux : elles se produisent tous les 14 jours
  • Les marées d’équinoxe ou grandes marées : elle ont lieu tous les 6 mois

Alors comment expliquer ces différentes marées ?

Ces différentes marées sont liées à la rotation de la Terre et de la Lune. La Terre tourne sur elle-même en 24 heures, ce qui explique l’existence des deux marées journalières.

La Lune, exerce une attraction très forte. Or on sait que la Lune tourne autour de la Terre en 28 jours. Enfin, la Terre fait le tour du Soleil en 365 jours.

Pendant cette période, il existe des positions particulières pour la Terre vis-à-vis du Soleil : au solstice d’été les jours sont les plus longs et au solstice d’hiver les jours sont les plus courts. Aux équinoxes de printemps et d’automne, les jours sont aussi longs que les nuits.

Au cours des équinoxes, l’alignement des astres est optimal pour augmenter l’attraction. Cela créer les grandes marées.

La « force » des marées est quantifiée par des coefficients de marée qui reflètent l’amplitude de ce phénomène périodique.

Bon à savoir : il existe bel et bien des marées dans la mer Méditerranée mais comme l’attraction de la Lune ne génère pas assez de déplacement d’eau, elles passent inaperçues.

Qu'est ce qui est l'origine du mouvement des marées ? La marée, phénomène périodique

Exemples biologiques

Le fonctionnement de organes ou le rythme des sécrétions biologiques sont des exemples de phénomènes périodiques.

En biologie, on précise souvent si ces rythmes périodiques sont des phénomènes circadiens ou non : c’est-à-dire d’une durée de 24 heures. Les rythmes inférieurs à 24 heures sont nommés rythmes infradiens et les rythmes supérieurs sont appelés rythmes supradiens.

Cycle circadien : la sécrétion du cortisol se fait par cycle de 24 heures. Le cortisol est une hormone produite par les glandes surrénales et qui permet de fournir de l’énergie à partir du sucre stocké dans l’organisme.

Cette hormone se libère sous l’effet d’un stress.

Elle est produite de manière cyclique par le corps : son taux atteint son amplitude maximale entre 6h00 et 8h00 du matin et diminue jusqu’à minuit (ce qui explique entre autre le fameux coup de barre de l’après midi) puis le cycle se répète.

Cycle infradien : le cycle hormonal féminin en est un exemple. Le cycle féminin dure en moyenne 28 jours. En effet, l’organisme féminin se prépare chaque mois à une éventuelle fécondation et nidation d’un embryon.

Pour cela, il se prépare cycliquement pour que le moment ou l’utérus soit prêt à accueillir l’embryon coïncide avec son arrivée.

Ainsi du 1er au 14eme jour l’endomètre (muqueuse utérine) se développe et le 14eme jour est le jour ou la gamète est libérée pour une éventuelle fécondation. La muqueuse s’épaissit pour devenir optimale vers le 23eme jour, si il n’y a pas de fécondation, la muqueuse se désagrège et un nouveau cycle commence.

Cycle supradien : le rythme cardiaque est un exemple de cycle supradien.

Le cœur est un muscle fonctionnant comme une pompe automatique qui se contracte et se relâche  périodiquement. Ainsi le cœur suit un rythme bien précis de contraction et de relâchement : contraction des oreillettes (systole auriculaire) – contraction des ventricules (systole ventriculaire)- relâchement (diastole).

Ce cycle se répète plus ou moins vite a une fréquence d’environ 70 battements par minutes. Pour visualiser le rythme cardiaque on utilise un électrocardiogramme.

Exemples physiques

Le courant alternatif : son intensité varie de manière périodique et fait également apparaître des variations de tensions périodiques aux bornes des dipôles qui le reçoivent.

Le son : les vibrations rapides des cordes vocales, de la membrane d’un haut parleur ou tout simplement de la surface d’un objet provoquent des variations de pressions périodiques qui se communiquent aux couches d’air voisines et se propagent créant ainsi un son.

Le mouvement de révolution de la Lune: la lune effectue un cycle complet de révolution autour de la terre en environ 28 jours.

Comment visualiser un phénomène périodique ?

Les phénomènes périodiques doivent être observés suffisamment longtemps pour que la période du phénomène soit mise en évidence. Il faut par exemple attendre plusieurs heures pour s’apercevoir que l’aiguille des heures est périodique.

Certains phénomènes peuvent être constatés sans instruments comme par exemple le tour de l’aiguille des secondes sur une montre. D’autres phénomènes peuvent être visualisés à partir d’instruments particuliers.

Le rythme cardiaque est par exemple peut être visualisé à l’aide d’un électrocardiogramme. La tension, quant à elle peut être étudiée à l’aide d’un oscilloscope.

Un outil pour visualiser un phénomène périodique : l’oscilloscope

L’oscilloscope est un appareil permettant de visualiser un signal électrique au cours du temps. L’appareil est généralement utilisé pour mesure la tension électrique.

Quand on allume un oscilloscope, une tache lumineuse apparaît au milieu de l’écran : c’est le spot. L’écran de l’oscilloscope est quadrillé de façon à pourvoir observer et calculer plus facilement les amplitudes de tension.

Quand la tension est positive, alors le spot se déplace vers le haut, quand elle est négative, elle se déplace vers le bas.

Le tracé obtenu par un oscilloscope est appelé oscillogramme.

La tension peut présenter des variations au cours du temps qui se répètent : on parle alors de tension périodique ou tension alternative sinusoïdale.

Quand on visualise cette tension sur un oscilloscope on s’aperçoit que cette tension possède une valeur maximale notée Umax et une tension minimale notée Umin.

Le motif qui alterne tension maximale et tension minimale se répète à l’identique au cours  du temps : c’est un exemple de phénomène périodique.

Comment mesure-t-on un phénomène périodique ? Un appareil de physique : l’oscilloscope

L’électrocardiogramme : un dispositif pour visualiser le rythme cardiaque

L’électrocardiogramme est un dispositif qui permet d’enregistrer l’activité électrique du cœur (qui est variable d’un individu à un autre). Il s’agit d’un examen indolore.

Le médecin cardiologue le pratique en utilisant un électro-cardiographe en posant des électrodes aux chevilles, au poignet et sur la poitrine du patient.

Sur un tracé d’électrocardiogramme on peut voir différentes ondes se répéter selon un schéma bien définit.

Tout d’abord une première onde apparaît, l’onde P qui correspond à la contraction des oreillettes (les petites cavités cardiaques), ensuite on note un intervalle appelé PR qui correspond au temps que met l’influx électrique cardiaque pour passer des oreillettes aux ventricules (les grandes cavités cardiaques).

La grande onde QRS reflète la contraction des ventricules cardiaques. Enfin on note un deuxième intervalle QT et une onde T. Ce motif élémentaire se répète de manière identique au cours du temps.

L’analyse des caractéristiques de ces ondes (période, fréquence, amplitude) permet de pouvoir détecter d’éventuelles anomalies et poser une diagnostic complet.  La fréquence cardiaque désigne le nombre de battements cardiaques par unité de temps.

Chez un adulte elle est d’environ 70 battements par minutes et est plus faible chez le sujet agé et plus rapide chez l’enfant. Le rythme cardiaque peut s’accélérer (on parle alors de tachycardie) ou au contraire de ralentir (on parle de bradycardie).

Qu'utilise t-on en médecine pour visualiser l'activité du coeur ? L’électrocardiogramme permet de visualiser le rythme du coeur

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