Le bloc 2 est consacré à la propagation du signal. Il est ici indispensable de s’appuyer sur l’approche expérimentale ou sur des logiciels de simulation pour permettre aux étudiants de faire le lien entre l’observation de signaux qui se propagent et la traduction mathématique de cette propagation, sans qu’aucune référence ne soit faite ici à une équation d’ondes. L'étude de la somme de deux signaux sinusoïdaux de même fréquence et du phénomène d’interférences associé permet de mettre en évidence le rôle essentiel joué par le déphasage entre les deux signaux dans le signal résultant. Les ondes stationnaires permettent d'illustrer le rôle des conditions aux limites dans l'apparition de modes propres et de préparer à la quantification de l’énergie en mécanique quantique. La diffraction est abordée de manière purement descriptive et expérimentale, et est envisagée comme une propriété universelle des ondes ; l’objectif est ici d’une part d’introduire l’approximation de l’optique géométrique et d’autre part de préparer l’interprétation ultérieure de l’inégalité de Heisenberg. Ce bloc se termine par une première approche, expérimentale elle aussi, de la manifestation vectorielle d’une onde transverse, autour de la loi de Malus.

Notions et contenusCapacités exigibles
2. Propagation d’un signal
Exemples de signaux, spectre.Identifier les grandeurs physiques correspondant à des signaux acoustiques, électriques, électromagnétiques.

Réaliser l’analyse spectrale d’un signal ou sa synthèse.

Citer quelques ordres de grandeur de fréquences dans les domaines acoustiques et électromagnétiques.

Onde progressive dans le cas d’une propagation unidimensionnelle linéaire non dispersive. Célérité, retard temporel.Écrire les signaux sous la forme f(x-ct) ou g(x+ct).

Écrire les signaux sous la forme f(t-x/c) ou g(t+x/c).

Prévoir dans le cas d’une onde progressive pure l’évolution temporelle à position fixée, et prévoir la forme à différents instants.

Onde progressive sinusoïdale : déphasage, double périodicité spatiale et temporelle.Établir la relation entre la fréquence, la longueur d’onde et la célérité.

Mesurer la célérité, la longueur d’onde et le déphasage dû à la propagation d’un phénomène ondulatoire.

Interférences entre deux ondes acoustiques ou mécaniques de même fréquence.Mettre en œuvre un dispositif expérimental pour visualiser le phénomène d’interférences de deux ondes.

Utiliser la représentation de Fresnel pour déterminer l’amplitude de l’onde résultante en un point en fonction du déphasage.

Exprimer les conditions d’interférences constructives ou destructives.

Battements.Déterminer une différence relative de fréquence à partir d’enregistrements de battements ou d’observation sensorielle directe.
Ondes stationnaires mécaniques.Décrire une onde stationnaire observée par stroboscopie sur la corde de Melde.

Caractériser une onde stationnaire par l’existence de nœuds et de ventres.

Exprimer les fréquences des modes propres connaissant la célérité et la longueur de la corde.

Savoir qu’une vibration quelconque d’une corde accrochée entre deux extrémités fixes se décompose en modes propres. Faire le lien avec le vocabulaire de la musique et savoir que le spectre émis par un instrument est en réalité plus complexe.

Mettre en œuvre un dispositif expérimental permettant d’analyser le spectre du signal acoustique produit par une corde vibrante.

Diffraction à l’infini.Utiliser la relation sinθ ≈ λ/d entre l’échelle angulaire du phénomène de diffraction et la taille caractéristique de l’ouverture.

Connaître les conséquences de la diffraction sur la focalisation et sur la propagation d’un faisceau laser.

Choisir    les    conditions    expérimentales permettant de mettre en évidence le phénomène de diffraction en optique ou en mécanique.

Polarisation rectiligne de la lumière. Loi de Malus.Reconnaître et produire une onde lumineuse polarisée rectilignement.

Mettre en œuvre une démarche expérimentale autour de la loi de Malus.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Olivier

Professeur en lycée et classe prépa, je vous livre ici quelques conseils utiles à travers mes cours !