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...@@ -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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