Commit 59355ec6 authored by Claude Meny's avatar Claude Meny

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Pipeline #19260 canceled with stage
......@@ -239,10 +239,10 @@ le *plus petit volume observable* à l'échelle considérée. À moins de travai
à l'échelle atomique, ces volumes qualifiés d'élémentaires se touchent, et donc
les "particules" sont **jointives**.
<br>
La *perturbation* est alors décrite par une **fonction mathématique $`\phi`$ continue**
La *perturbation* est alors décrite par une **fonction mathématique $`U`$ continue**
dans l'espace et le temps :
<br>
$`\large\phi = \;`$**$`\large\boldsymbol{\mathbf{\phi\,(\,x,\,y,\,z,\,t\,)}}`$**
$`\large U = \;`$**$`\large\boldsymbol{\mathbf{U\,(\,x,\,y,\,z,\,t\,)}}`$**
<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;où $`(x,y,z)`$ sont des coordonnées spatiales.
......@@ -276,7 +276,7 @@ _figures a, b, c : Exemples d'onde unidimensionnelle._
Un *système adapté de coordonnées* spatiales permet alors de repérer tout
point sur la ligne avec **seulement une coordonnée**. La fonction prend alors la forme :
<br>
$`\large\phi = \;`$**$`\large\boldsymbol{\mathbf{\phi\,(\,x,\,t\,)}}`$**
$`\large U = \;`$**$`\large\boldsymbol{\mathbf{U\,(\,x,\,t\,)}}`$**
<br>
##### Onde bidimensionnelle
......@@ -295,7 +295,7 @@ _figures d, e, f, g : exemples d'onde bidimensionnelle._
Un *système adapté de coordonnées* spatiales permet alors de repérer tout
point de la surface avec **seulement deux coordonnées**. La fonction prend alors la forme :
<br>
$`\large\phi = \;`$**$`\large\boldsymbol{\mathbf{\phi\,(\,x,\,y,\,t\,)}}`$**
$`\large U = \;`$**$`\large\boldsymbol{\mathbf{U\,(\,x,\,y,\,t\,)}}`$**
<br>
......@@ -306,14 +306,14 @@ _figures d, e, f, g : exemples d'onde bidimensionnelle._
* La *perturbation* d'une onde mécanique correspond, en chaque point de l'espace,
à un **déplacement** de matière par rapport à sa position d'équilibre. Ce déplacement
peut être décrit par :
* une *fonction scalaire $`\phi`$* qui donne une distance ou **longueur**.
* une *fonction vectorielle $`\vec{\phi}`$* qui donne un vecteur avec une **norme**
* une *fonction scalaire $`U`$* qui donne une distance ou **longueur**.
* une *fonction vectorielle $`\vec{U}`$* qui donne un vecteur avec une **norme**
représentant la **longueur** et une **direction** indiquant le sens du déplacement.
* L'aspect oscillatoire du déplacement par rapport à l'équilibre peut entraîner des
variations de **densité volumique** dans le milieu de propagation _(comme pour le son dans l'air)_.
Dans ce cas :
*la fonction $`\phi`$* est scalaire et représente une **densité volumique**.
*la fonction $`U`$* est scalaire et représente une **densité volumique**.
* D'*autres grandeurs physiques* peuvent être utilisées si elles permettent la *mesure de l'onde*.
......@@ -376,6 +376,145 @@ figures en attente
<br>
#### Qu'est-ce qu'une Onde Sinusoîdale ?
!!!!! *Terminologie :*
!!!!!
!!!!! sont *équivalentes* les expressions suivantes :
!!!!! * *onde sinusoïdale*
!!!!! * *onde harmonique*
!!!!! et ans un milieu homogène et isotrope, plutôt réservé aux ondes électromagnétiques (et donc lumineuses) :
!!!!! * *onde monochromatique*
##### Point de vue de la source ou d'un capteur.
* La *source* ou le *capteur* d'une onde est *localisé en un point*
donné de l'espace, l'**onde** est alors représentée alors par une simple **fonction dépendant du temps : $`U(t)`$**.
* L'**onde sinusoîdale** est une onde dont la *dépendance temporelle* est une **fonction sinusoïdale**;
* Mathématiquement les fonctions **sinus et cosinus** possèdent le *même profil* sinusoïdale, mais *décalé d'un quart de période*.
En effet $`\forall \theta \in \mathbb{R}`$ :
<br>
**$`sin\big(\theta + \dfrac{\pi}{2}\big)`$**
$`\,= sin \theta\,cos\dfrac{\pi}{2} + sin\dfrac{\pi}{2} \, cos \theta
= sin \theta \times 0 \,+\, 1\times cos \theta`$
**$`\,= cos \theta`$**
<br>
figure à faire
<br>
Ainsi la représentation d'une **onde sinuoïdale** est *soit une fonction sinus, soit par une fonction cosinus*.
<br>
Choisis par exemple la fonction cosinus.
L'**écriture générale** d'une onde sinusoïdale est :
<br>
**$`\boldsymbol{\mathbf{\large{ U(t) = A\cdot cos(\omega t + \varphi_0)}}}\quad`$**, avec :
* *$`\mathbf{U(t)}`$* : **élongation** à l'instant $`t`$
* *$`\mathbf{A}`$* : **amplitude** = élongation maximum
* *$`\mathbf{\omega}`$* : **pulsation** de l'onde
* *$`\boldsymbol{\varphi_0}}`$* : **phase à $`\mathbf{t=0}`$**
* *$`\boldsymbol{\mathbf{\omega t - \varphi_0}}`$* : **phase** à l'instant $`t`$
<br>
$`\large{U(t) = A
* Une **onde harmonique** est la décomposition de l'onde en un *plus petit motif qui se répète* de façon jointive.
$`
* Une **OPPH** se propageant *en direction et sens* d'un *vecteur unitaire $`\vec{n}`$*
s'écrit :
<br>
**$`\large{\boldsymbol{\mathbf{U(\vec{r},t) = A \cdot \cos(\, \omega t\;\mathbf{-}\;\vec{k}\cdot\vec{r} + \varphi)}}}`$**,
<br>
avec *$`\mathbf{\vec{k} = k\,\vec{n}}`$* et :
* *$`\mathbf{U(\vec{r}, t)}`$* : **élongation** en $`\vec{r}`$ et $`t`$
* *$`\mathbf{A}`$* : **amplitude** = élongation maximum
* *$`\boldsymbol{\mathbf{\omega t - \vec{k}\cdot\vec{r} + \varphi}}`$* : **phase** en $`\vec{r}`$ et $`t`$
* *$`\boldsymbol{\mathbf{\varphi}}`$* : **phase à l'origine**,
à l'origine du système de coordonnées, $`\vec{r}=\vec{0}`$, et à l'instant $`t=0`$ origine de l'axe des temps.
<br>
* **Propriété fondamentale** de l'onde : propriété *temporelle*, décrite par différentes *grandeurs physiques équivalentes* qui sont :
* **$`\mathbf{T}`$** la *période* temporelle, d'unité S.I. **$`(s)`$**.
* **$`\boldsymbol{\mathbf{\nu}}`$** la *fréquence* temporelle, d'unité S.I. **$`(Hz = s^{-1})`$**
* **$`\boldsymbol{\mathbf{\omega}}`$** la *pulsation* temporelle, d'unité S.I. **$`(rad\,s^{-1})`$**
<br>
telles que :
<br>
**$`\large{\boldsymbol{\mathbf{\omega = 2\pi\,\nu = \dfrac{2\pi}{T}}}}`$**
<br>
* **propriété du milieu** vis à vis de l'onde :
* **$`\boldsymbol{\mathscr{v}}`$** la **célérité** ou *vitesse de propagation* de
l'onde dans le milieu, d'unité S.I. **$`(m\,s^{-1})`$**
* Souvent, la *célérité* **$`\boldsymbol{\mathbf{\mathscr{v}(\nu)}}`$** *dépend de la fréquence*
temporelle $`\mathscr{\nu}`$ de l'onde. Le **milieu** est alors dit **dispersif**.
<br>
Le milieu est dit non dispersif dans le cas contraire.
<br>
En général, un milieu est dispersif, mais il peut être non dispersif dans un
domaine de fréquence d'intérêt.
<br>
* **Propriété de l'onde dépendante du milieu** de propagation, propriété *spatiale*, décrite
par différentes *grandeurs physiques équivalentes* qui sont :
* **$`\boldsymbol{\mathbf{\lambda}}`$** la *longueur d'onde*
ou périodicité spatiale dans la direction de la propagation, d'unité S.I. **$`(m)`$**
* **$`\mathbf{\overrightarrow{k}}`$** le *vecteur d'onde* qui s'étend en direction et sens de la propagation.
* **k** le *nombre d'onde* ou norme du vecteur d'onde, d'unité S.I. **$`(rad\,m^{-1})`$**
<br>
telles que :
**$`\mathbf{\vec{k}=k \,\vec{n}}`$***$`\mathbf{\vec{n}}`$*
est le *vecteur unitaire* pointant en *direction et sens de propagation* de l'onde.
<br>
**$`\large{\boldsymbol{\mathbf{k = \dfrac{2\pi}{\lambda}}}}`$**
* *Relations entre les propriétés* temporelles, spatiales et du milieu :
<br>
**$`\large{\boldsymbol{\mathbf{k = \dfrac{2\pi}{\lambda} = \dfrac{2\pi}{\mathscr{v} T} = \dfrac{2\pi\,\nu}{T} = \dfrac{\omega}{\mathscr{v}}}}}`$**
<br>
!!!! *Attention*
!!!!
!!!! Parfois dans la littérature, le terme *nombre d'onde* est défini par $`k = 1\,/\,\lambda`$.
!!!! Il diffère d'un facteur $`2\pi`$ de la définition ici donnée.
<br>
* Cas d'une *onde unidimensionnelle* :
<br>
**$`\boldsymbol{\mathbf{U(\vec{r}, t) = A \cdot cos(\omega t - kx + \varphi)}}`$**
* Une OPPH peut aussi s'écrire en utilisant la fonction sinus. Nous avons alors, pour une :
OPPH 1D :
$`U(\vec{r}, t) = A\cdot \sin(\omega t - kx + \varphi)`$
OPPH 2D ou 3D :
$`U(\vec{r}, t) = A \cdot \sin(\omega t - \vec{k}\cdot\vec{r} + \varphi)`$
<br>
##### Les notations utilisant la fonction sinus ou la fonction cosinus sont-elles équivalentes?
* Fonctions **sinus et cosinus** représentent *une même fonction, déphasée de $`\pi/2`$*:
<br>
*$`\boldsymbol{\mathbf{sin (\varphi) = cos (\varphi - \pi/2)}}`$*.
* $`\Longrightarrow`$ Les écritures d'une OPPH avec une fonction sinus ou une fonction cosinus sont équivalentes.
<br>
**$`\mathbf{U(x,t)=A\cdot cos\,(\omega t - \vec{k}\cdot\vec{r} + \varphi)}`$**
$`\quad = A\cdot cos \Big(\omega t - \vec{k}\cdot\vec{r} + \underbrace{ \varphi + \dfrac{\pi}{2}}_{\color{blue}{=\;\varphi'}} - \dfrac{\pi}{2}\Big)`$
$`\quad = A\cdot
\;\underbrace{cos \Big[\,\Big(\omega t - \vec{k}\cdot\vec{r} + \varphi'\Big) - \dfrac{\pi}{2}}_{\color{blue}{cos(a-\pi/2)\\\;=cos(a)\,cos(\pi/2)+sin(a)\,sin(\pi/2)\\=\;sin(a)}}\Big]`$
**$`\boldsymbol{\mathbf{\quad=A\cdot sin\,(\omega t - \vec{k}\cdot\vec{r} + \varphi')}}`$**
$`\quad\quad\quad \text{avec } \varphi'=\varphi + \dfrac{\pi}{2})`$
---------------
<br>
#### Qu'est-ce qu'une onde périodique?
* Le **milieu** considéré est en général *homogène et isotrope*.
......
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