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4bacfd12
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4bacfd12
authored
Mar 07, 2026
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Claude Meny
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...of-wave-and-wave-phenomena-2/20.overview/cheatsheet.fr.md
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4bacfd12
...
@@ -1014,9 +1014,118 @@ de la différence d'amplitude entre les deux ondes.
...
@@ -1014,9 +1014,118 @@ de la différence d'amplitude entre les deux ondes.
Si_ $
`A_1`
$ et $
`A_2`
$ _sont les amplitude des deux ondes, le calcul montre que l'amplitude de l'onde résultante
Si_ $
`A_1`
$ et $
`A_2`
$ _sont les amplitude des deux ondes, le calcul montre que l'amplitude de l'onde résultante
est alors_ $
`A=|A_1 - A_2|`
$.
est alors_ $
`A=|A_1 - A_2|`
$.
##### L'onde résultante est-elle harmonique ?
*
Une fonction harmonique de pulsation $
`\omega`
$, d'amplitude $
`A`
$ et de phase
à l'origine $
`\varphi^0`
$ s'écrit :
<br>
$
`U't)=A\,cos(\omega t + \varphi^0)`
$.
*
Si $
`U(t)`
$ est une telle fonction harmonique, alors :
$
`A\,cos(\omega t + \varphi^0)`
$
$
`\hspace{1.4cm}= A_1\;cos(\omega t + \varphi_1^0) + A_2\;cos(\omega t + \varphi_2^0)`
$. (Eq1)
<br>
Sous cette forme, il n'est pas immédiat de dire qu'il existe $
`A`
$ et $
`\varphi^0`
$
qui vérifient cette égalité.
<br>
Il faudrait réécrire les deux membres de l'équation sous une même forme afin que,
par identification des termes équivalents, des expressions de $
`A`
$ et $
`\varphi^0`
$
en fonction de $
`A_1`
$, $
`A_2`
$, $
`\varphi_1^0`
$ et $
`\varphi_2^0`
$ puissent être
trouvées, validant ainsi leur existence.
*
Une piste est de décomposer les termes en $
`cos(\omega t + \varphi^0)`
$,
$
`cos(\omega t + \varphi_1^0)`
$ et $
`cos(\omega t + \varphi_2^0)`
$, pour faire apparaître
ce qu'ils ont en commun, le facteur de phase $
`\omega t`
$, au sein de fonctions
trigonométriques.
<br>
Pour cela, utilise la relation de trigonométrie :
$
`cos(a+b)=cos(a)\,cos(b)-sin(a)\,sin(b)`
$
<br>
et pour raccourcir les expressions que tu vas trouver, pose l'écriture
$
`cos(\theta) = c\;\theta`
$ et $
`sin(\theta) = s\;\theta`
$.
<br>
L'équation (eq1) se réécrit alors :
<br>
$
`A\,[\,c\,\omega t\,c(\varphi^0-s\,\omega t\,s(\varphi^0]`
$
$
`\hspace{1.4cm}= A_1\,[\,c\,\omega t\,c(\varphi_1^0-s\,\omega t\,s(\varphi_1^0]
+A_2\,[\,c\,\omega t\,c(\varphi_2^0-s\,\omega t\,s(\varphi_2^0]`
$.
<br>
Dans chaque membre de l'équation, regroupe les termes proportionnels à
$
`c\,\omega t`
$ et ceux proportionnels à $
`s\,\omega t`
$.
<br>
$
`A\,[\,c\,\omega t\,c(\varphi^0-s\,\omega t\,s(\varphi^0]`
$
$
`\hspace{1.4cm}= c\,\omega t\,(\,A_1\,c(\varphi_1^0+A_2\,c(\varphi_2^0\,)
-s\,\omega t\,(\,A_2\,s(\varphi_1^0+A_2\,s\,varphi_2^0\,)`
$.
<br>
L'identification des termes équivalents apparaît alors possible :
<br>
$
`A\,c\,\varphi^0 = A_1\,c\varphi_1^0 + A_2\,c\varphi_2^0`
$
$
`A\,s\,\varphi^0 = A_1\,s\varphi_1^0 + A_2\,s\varphi_2^0`
$.
<br>
Il te reste alors à trouver l'expression de $
`A`
$ et de $
`\varphi^0`
$.
*
$
`A`
$ se calcule alors en utilisant l'identité $
`(c\,\varphi)^2 + (s\,\varphi)^2 = 1`
$.
Pour simplifier encore l'écriture, tu peux utiliser les fonctions $
`cos^2`
$ et $
`sin^2`
$
qui vérifient pour tout $
`\theta`
$ :
$
`cos^2(\theta) = [cos(\theta)]^2`
$ et $
`sin^2(\theta) = [sin(\theta)]^2`
$,
Ainsi dans ton écriture réduite remplace
$
`(c\,\theta)^2 = c^2\,\theta`
$ et $
`(s\,\theta)^2 = s^2\,\theta`
$.
Tu obtiens ainsi :
<br>
$
`A^2=A_1^2\,c^2\,\arphi_1^0 +A_2^2\,c^2\,\arphi_2^0\,)^2 + 2\,A_1\,A_2\,c\,\arphi_1^0\,c\,\arphi_2^0`
$
$
`\hspace{1.2cm} +A_1^2\,s^2\,\arphi_1^0 +A_2^2\,s^2\,\arphi_2^0\,)^2 + 2\,A_1\,A_2\,s\,\arphi_1^0\,s\,\arphi_2^0`
$
<br>
$
`\hspace{1.2cm} =A_1^2\,(\,c^2\,\arphi_1^0 +s^2\,\arphi_1^0)
+ A_2^2\,(\,c^2\,\arphi_2^0 +s^2\,\arphi_2^0)`
$
$
`\hspace{1.2cm} + 2\,A_1\,A_2\,(\,c\,\arphi_1^0\,c\,\arphi_2^0 + s\,\arphi_1^0\,s\,\arphi_2^0\,)`
$.
<br>
$
`\hspace{1.2cm} =A_1^2\,+ A_2^2\,+ 2\,A_1\,A_2\,(\,c(\,\arphi_1^0 -\arphi_2^0)`
$.
<br>
L'amplitude étant toujours par définition un nombre réel positif, tu obtiens au
final l'expression de $
`A`
$ :
<br>
$
`A=\sqrt{A_1^2\,+ A_2^2\,+ 2\,A_1\,A_2\,(\,c(\,\arphi_1^0 -\arphi_2^0)}`
$,
<br>
Soit en écriture non réduite :
<br>
**$`\boldsymbol\mathbf{A=\sqrt{A_1^2\,+ A_2^2\,+ 2\,A_1\,A_2\,(\,cos (\,\arphi_1^0 -\arphi_2^0)}}}`$**
*
Pour $
`\varphi`
$, tu connais en fonction de $
`A_1`
$, $
`A_2`
$, $
`\varphi_1^0`
$ et $
`\varphi_2^0`
$
les expressions de $
`A\,s\,\varphi^0`
$ et $
`A\,c\,\varphi^0`
$.
<br>
Il te sera donc facile de calculer l'expression de $
`tan(\varphi^0)=\dfrac{sin(\varphi^0)}{cos(\varphi^0)}`
$
pour en déduite l'expression de $
`\varphi_0`
$ car par définition $
`arctan(tan(\varphi^0)=\varphi_0`
$.
<br>
Le calcul donne :
<br>
$
`tan\,\varphi^0 = \dfrac{s\,\varphi}{\,c\varphi}=\dfrac{A\,s\,\varphi}{A\,\,c\varphi}`
$
$
`\hspace{1.4cm} = \dfrac{A_1\,s\varphi_1^0 + A_2\,s\varphi_2^0}{A_1\,c\varphi_1^0 + A_2\,c\varphi_2^0}`
$
<br>
Soit au final en écriture non réduite :
<br>
**$`\boldsymbol\mathbf{\varphi^0 = arctan\left[\dfrac{A_1\,sin\,(\varphi_1^0) + A_2\,sin\,(\varphi_2^0)}{A_1\,cos\,(\varphi_1^0) + A_2\,cos\,(\varphi_2^0)}\right]}}`$**
.
<br>
Tu as ainsi démontré un fait important :
<br>
FAIRE UN ENCADRÉ RÉCAPTITULATIF, coloré, comme une image.
<br>
##### À quelles conditions l'onde résultante est-elle nulle ?
*
L'onde résultante est nulle si son amplitude égale zéro : $
`A=0`
$.
<br>
Donc l'onde résultante est nulle si l'égalité suivante est vérifiée :
<br>
$
`\sqrt{A_1^2\,+ A_2^2\,+ 2\,A_1\,A_2\,(\,c(\,\varphi_1^0 -\varphi_2^0)}=0`
$
<br>
Il n'est de premier abord par évident de dire si cette équation n'est vérifiée que
pour $
`A_1=A_2`
$ et $
`|\varphi_1^0-\varphi_2^0|=\pi`
$, ou si il existe une combinaison
d'amplitudes $
`A_1\ne A_2`
$ et de phases à l'origine $
`|\varphi_1^0-\varphi_2^0|\ne\pi`
$
qui, en se compensant, annule l'amplitude $
`A`
$ de l'onde résultante.
<br>
Ici est étudié la superposition de deux ondes harmoniques, donc les amplitudes de
chacune est non nulle : $
`A_1\ne 0`
$ et $
`A_2\ne 0`
$.
##### Comment mener le calcul ?
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