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...@@ -292,7 +292,7 @@ RÉSUMÉ ...@@ -292,7 +292,7 @@ RÉSUMÉ
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#### Qu'est-ce qu'une onde plane progressive sinusoïdale ? #### Qu'est-ce qu'une Onde Plane Progressive Harmonique (OPPH) ?
C'est une onde qui se propage telle que sa direction C'est une onde qui se propage telle que sa direction
et son sens de propagation sont donnés par un vecteur unitaitre et son sens de propagation sont donnés par un vecteur unitaitre
...@@ -312,7 +312,7 @@ et son sens de propagation sont donnés par un vecteur unitaitre ...@@ -312,7 +312,7 @@ et son sens de propagation sont donnés par un vecteur unitaitre
#### Comment décrire mathématiquement une onde plane progressive sinusoïdale ? #### Comment décrire mathématiquement une onde plane progressive harmonique ?
* Les termes *sinusoïdale*, *harmonique*, et *monochromatique* sont **équivalents**. * Les termes *sinusoïdale*, *harmonique*, et *monochromatique* sont **équivalents**.
...@@ -328,7 +328,7 @@ et son sens de propagation sont donnés par un vecteur unitaitre ...@@ -328,7 +328,7 @@ et son sens de propagation sont donnés par un vecteur unitaitre
*$`\boldsymbol{\mathbf{sin (\varphi) = cos (\varphi + \pi/2)}}`$*. *$`\boldsymbol{\mathbf{sin (\varphi) = cos (\varphi + \pi/2)}}`$*.
* $`\Longrightarrow`$ Les écritures d'une onde plane progressive sinusoïdale avec une fonction sinus ou une fonction cosinus sont équivalentes. * $`\Longrightarrow`$ Les écritures d'une OPPH avec une fonction sinus ou une fonction cosinus sont équivalentes.
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**$`\mathbf{U(x,t)=A\cdot cos\,(\omega t - \vec{k}\cdot\vec{r} + \varphi)}`$** **$`\mathbf{U(x,t)=A\cdot cos\,(\omega t - \vec{k}\cdot\vec{r} + \varphi)}`$**
$`\quad = A\cdot cos \Big(\omega t - \vec{k}\cdot\vec{r} + \underbrace{ \varphi + \dfrac{\pi}{2}}_{\color{blue}{=\;\varphi'}} - \dfrac{\pi}{2}\Big)`$ $`\quad = A\cdot cos \Big(\omega t - \vec{k}\cdot\vec{r} + \underbrace{ \varphi + \dfrac{\pi}{2}}_{\color{blue}{=\;\varphi'}} - \dfrac{\pi}{2}\Big)`$
...@@ -377,7 +377,7 @@ $`\forall \alpha \in \mathbb{R}\;,\,`$ **$`\large{exp{\,\alpha} = cos \,\alpha + ...@@ -377,7 +377,7 @@ $`\forall \alpha \in \mathbb{R}\;,\,`$ **$`\large{exp{\,\alpha} = cos \,\alpha +
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#### L'onde plane progressive sinusoïdale est-elle physiquement réaliste ? #### L'onde plane progressive harmonique est-elle physiquement réaliste ?
* Une onde progressive sinusoïdale $`U(\vec{r},t) = U_0\cdot \cos(\omega t - \vec{k}\cdot\vec{r} + \varphi)`$ : * Une onde progressive sinusoïdale $`U(\vec{r},t) = U_0\cdot \cos(\omega t - \vec{k}\cdot\vec{r} + \varphi)`$ :
* existe de tout temps : $`t\in ]-\infty ; +\infty[`$ * existe de tout temps : $`t\in ]-\infty ; +\infty[`$
...@@ -495,8 +495,12 @@ $`\forall \alpha \in \mathbb{R}\;,\,`$ **$`\large{exp{\,\alpha} = cos \,\alpha + ...@@ -495,8 +495,12 @@ $`\forall \alpha \in \mathbb{R}\;,\,`$ **$`\large{exp{\,\alpha} = cos \,\alpha +
#### Qu'est-ce que le phénomène d'interférence ? #### Qu'est-ce que le phénomène d'interférence ?
Le phénomène d'interférence est le fait que lorsque des ondes se superposent dans l'espace et le temps,
l'amplitude de l'onde resultante n'est pas la somme des amplitudes des ondes en présence.
![interférences entre deux ondes sphériques d'égale amplitiudes et déphasées de pi, ![interférences entre deux ondes sphériques d'égale amplitiudes et déphasées de pi,
et propagation des zéros](2_sources_circulaires_dephasees_pi_v2_L1000.gif) et propagation des zéros](2_sources_circulaires_dephasees_pi_v2_L1000.gif)
...@@ -560,16 +564,15 @@ Le modèle mathémait ...@@ -560,16 +564,15 @@ Le modèle mathémait
#### Interférences produites par la superposition de deux ondes harmoniques synchrones #### Interférences produites par la superposition de deux OPPH synchrones ou cohérentes.
##### 1 - Les ondes sont unidimensionnelles, de même amplitude, se propagent dans la même direction ##### Que donne la superposition de deux OPPH synchrones ou cohérentes, se propageant dans la même direction?
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* Les deux ondes harmoniques sont : * Les deux OPPH sont :
* synchrones * synchrones ou cohérentes (en optique)
* d'amplitudes égales * d'amplitudes égales
* et se propagent vers les $`x`$ croissants. * et se propagent vers les $`x`$ croissants.
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...@@ -579,16 +582,16 @@ Le modèle mathémait ...@@ -579,16 +582,16 @@ Le modèle mathémait
**Calcul de l'onde résultante** *en notation réelle* **Calcul de l'onde résultante** *en notation réelle*
* En notation réelle, les deux ondes harmoniques s'écrivent : * En notation réelle, les deux OPPH s'écrivent :
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**$`\boldsymbol{\mathbf{U_1(x,t) = A\cdot cos(kx - \omega t + \varphi_1)}}`$** **$`\boldsymbol{\mathbf{U_1(x,t) = A\cdot cos(\omega t - kx + \varphi_1)}}`$**
**$`\boldsymbol{\mathbf{U_2(x,t) = A\cdot cos(kx - \omega t + \varphi_2)}}`$** **$`\boldsymbol{\mathbf{U_2(x,t) = A\cdot cos(\omega t - kx + \varphi_2)}}`$**
* Calcul de l'onde résultante : * Calcul de l'onde résultante :
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$`\color{brown}{\mathbf{U(x,t)}}\; = U_1(x,t) + U_2(x,t)`$ $`\color{brown}{\mathbf{U(x,t)}}\; = U_1(x,t) + U_2(x,t)`$
$`\begin{align} \quad &=A\;\big[\,cos(\underbrace{kx - \omega t}_{\color{blue}{\text{ posons }\\ kx - \omega t \,=\, \alpha}} + \varphi_1) + cos(\underbrace{kx - \omega t}_{\color{blue}{=\; \alpha}} + \varphi_1)\,\big] $`\begin{align} \quad &=A\;\big[\,cos(\underbrace{\omega t - kx}_{\color{blue}{\text{ posons }\\ \omega t - kx \,=\, \alpha}} + \varphi_1) + cos(\underbrace{\omega t - kx}_{\color{blue}{=\; \alpha}} + \varphi_1)\,\big]
&\\ &\\
&=A\;\big[\,cos\Big(\alpha + \dfrac{\varphi_1+\varphi_1}{2} + \dfrac{\varphi_2-\varphi_2}{2}\Big) \\ &=A\;\big[\,cos\Big(\alpha + \dfrac{\varphi_1+\varphi_1}{2} + \dfrac{\varphi_2-\varphi_2}{2}\Big) \\
&\quad\quad\quad\quad + \,cos\Big(\alpha + \dfrac{\varphi_2+\varphi_2}{2} + \dfrac{\varphi_1-\varphi_1}{2}\Big)\,\Big]\\ &\quad\quad\quad\quad + \,cos\Big(\alpha + \dfrac{\varphi_2+\varphi_2}{2} + \dfrac{\varphi_1-\varphi_1}{2}\Big)\,\Big]\\
...@@ -605,7 +608,7 @@ $`\begin{align} \quad &=A\;\big[\,cos(\underbrace{kx - \omega t}_{\color{blue}{\ ...@@ -605,7 +608,7 @@ $`\begin{align} \quad &=A\;\big[\,cos(\underbrace{kx - \omega t}_{\color{blue}{\
&=2\,A\cdot cos(\alpha ')\,cos\Big(\dfrac{\varphi_1-\varphi_2}{2}\Big) &=2\,A\cdot cos(\alpha ')\,cos\Big(\dfrac{\varphi_1-\varphi_2}{2}\Big)
\end{align}`$ \end{align}`$
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$`\quad\boldsymbol{\mathbf{=\color{brown}{2\,A\cdot cos\Big(\dfrac{\varphi_1-\varphi_2}{2}\Big) \cdot cos\Big(}\color{blue}{\underbrace{\color{brown}{kx - \omega t + \dfrac{\varphi_1+\varphi_2}{2}}}_{\text{pulsation }\omega\text{ inchangée}}}\color{brown}{\Big)}}}`$ $`\quad\boldsymbol{\mathbf{=\color{brown}{2\,A\cdot cos\Big(\dfrac{\varphi_1-\varphi_2}{2}\Big) \cdot cos\Big(}\color{blue}{\underbrace{\color{brown}{\omega t - kx + \dfrac{\varphi_1+\varphi_2}{2}}}_{\text{pulsation }\omega\text{ inchangée}}}\color{brown}{\Big)}}}`$
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...@@ -635,31 +638,31 @@ $`\quad\boldsymbol{\mathbf{=\color{brown}{2\,A\cdot cos\Big(\dfrac{\varphi_1-\va ...@@ -635,31 +638,31 @@ $`\quad\boldsymbol{\mathbf{=\color{brown}{2\,A\cdot cos\Big(\dfrac{\varphi_1-\va
* Une **onde harmonique réelle $`U_1`$** s'écrit comme la *partie réelle de l'onde harmonique complexe $`\underline{U_1}`$*. * Une **onde harmonique réelle $`U_1`$** s'écrit comme la *partie réelle de l'onde harmonique complexe $`\underline{U_1}`$*.
<br> <br>
$`\begin{align} U_1&(x,t) = A\cdot cos(kx - \omega t + \varphi_1)\\ $`\begin{align} U_1&(x,t) = A\cdot cos(\omega t - kx + \varphi_1)\\
&\\ &\\
&= \mathscr{Re}\big[A\cdot \big(cos(kx - \omega t + \varphi_1)\\ &= \mathscr{Re}\big[A\cdot \big(cos(\omega t - kx + \varphi_1)\\
&\quad\quad\quad\quad + i\;sin(kx - \omega t + \varphi_1)\big)\big]\\ &\quad\quad\quad\quad + i\;sin(\omega t - kx + \varphi_1)\big)\big]\\
&\\ &\\
&= \mathscr{Re}\big[A\cdot e^{\,i\;(kx - \omega t + \varphi_1)} \big]\\ &= \mathscr{Re}\big[A\cdot e^{\,i\;(\omega t - kx + \varphi_1)} \big]\\
&\\ &\\
&= \mathscr{Re}\big[\underline{U_1}(x,t)\big] \end{align}`$ &= \mathscr{Re}\big[\underline{U_1}(x,t)\big] \end{align}`$
* Le deux ondes harmoniques qui interfèrent, d'écriture réelle : * Le deux ondes harmoniques qui interfèrent, d'écriture réelle :
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$`U_1(x,t) = A_1\cdot cos(kx - \omega t + \varphi_1)`$. $`U_1(x,t) = A_1\cdot cos(\omega t - kx + \varphi_1)`$.
$`U_2(x,t) = A_2\cdot cos(kx - \omega t + \varphi_2)`$ $`U_2(x,t) = A_2\cdot cos(\omega t - kx + \varphi_2)`$
<br> <br>
s'écrivent en notation complexe : s'écrivent en notation complexe :
<br> <br>
**$`\boldsymbol{\mathbf{\underline{U_1}(x,t) = A_1\cdot e^{\,i\;(kx - \omega t + \varphi_1)}}}`$** **$`\boldsymbol{\mathbf{\underline{U_1}(x,t) = A_1\cdot e^{\,i\;(\omega t - kx + \varphi_1)}}}`$**
**$`\boldsymbol{\mathbf{\underline{U_2}(x,t) = A_2\cdot e^{\,i\;(kx - \omega t + \varphi_2)}}}`$** **$`\boldsymbol{\mathbf{\underline{U_2}(x,t) = A_2\cdot e^{\,i\;(\omega t - kx + \varphi_2)}}}`$**
<br> <br>
soit encore : soit encore :
<br> <br>
$`\begin{align}\underline{U_1}(x,t) &= \underline{A_1}\cdot e^{\,i\;(kx - \omega t)}\\ $`\begin{align}\underline{U_1}(x,t) &= \underline{A_1}\cdot e^{\,i\;(\omega t - kx)}\\
&\quad\quad\text{avec }\underline{A_1} = A_1\,e^{\,i\;\varphi_1}\end{align}`$. &\quad\quad\text{avec }\underline{A_1} = A_1\,e^{\,i\;\varphi_1}\end{align}`$.
<br> <br>
$`\begin{align}\underline{U_2}(x,t) &= \underline{A_2}\cdot e^{\,i\;(kx - \omega t)}\\ $`\begin{align}\underline{U_2}(x,t) &= \underline{A_2}\cdot e^{\,i\;(\omega t - kx)}\\
&\quad\quad\text{avec }\underline{A_2} = A_2\,e^{\,i\;\varphi_2}\end{align}`$. &\quad\quad\text{avec }\underline{A_2} = A_2\,e^{\,i\;\varphi_2}\end{align}`$.
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ou $`\underline{A_2}`$ et $`\underline{A_2}`$ sont les amplitudes complexes des deux ondes. ou $`\underline{A_2}`$ et $`\underline{A_2}`$ sont les amplitudes complexes des deux ondes.
...@@ -668,9 +671,9 @@ $`\quad\boldsymbol{\mathbf{=\color{brown}{2\,A\cdot cos\Big(\dfrac{\varphi_1-\va ...@@ -668,9 +671,9 @@ $`\quad\boldsymbol{\mathbf{=\color{brown}{2\,A\cdot cos\Big(\dfrac{\varphi_1-\va
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**$`\mathbf{\underline{U}(x,t)}`$**$`\; = \underline{U_1}(x,t) + \underline{U_2}(x,t)`$ **$`\mathbf{\underline{U}(x,t)}`$**$`\; = \underline{U_1}(x,t) + \underline{U_2}(x,t)`$
<br> <br>
$`\quad =A\;\big[ \,e^{\,i\;(kx - \omega t+ \varphi_1)} + e^{\,i\;(kx - \omega t+ \varphi_2)}\,\big]`$ $`\quad =A\;\big[ \,e^{\,i\;(\omega t - kx + \varphi_1)} + e^{\,i\;(\omega t - kx + \varphi_2)}\,\big]`$
<br> <br>
$`\color{blue}{\scriptsize{\quad\text{Posons }kx - \omega t \,=\, \alpha}}`$ $`\color{blue}{\scriptsize{\quad\text{Posons }\omega t - kx \,=\, \alpha}}`$
<br> <br>
$`\quad =A\;\big[\,e^{\,i\;(\alpha + \varphi_1)} + e^{\,i\;(\alpha + \varphi_2)} \,\big]`$ $`\quad =A\;\big[\,e^{\,i\;(\alpha + \varphi_1)} + e^{\,i\;(\alpha + \varphi_2)} \,\big]`$
<br> <br>
...@@ -715,7 +718,7 @@ $`\quad\boldsymbol{\mathbf{=\color{brown}{2\,A\cdot cos\Big(\dfrac{\varphi_1-\va ...@@ -715,7 +718,7 @@ $`\quad\boldsymbol{\mathbf{=\color{brown}{2\,A\cdot cos\Big(\dfrac{\varphi_1-\va
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$`\quad =2\,A\;c\Big(\dfrac{\varphi_1-\varphi_2}{2}\Big)\,c\Big(\alpha + \dfrac{\varphi_1+\varphi_2}{2}\Big)`$ $`\quad =2\,A\;c\Big(\dfrac{\varphi_1-\varphi_2}{2}\Big)\,c\Big(\alpha + \dfrac{\varphi_1+\varphi_2}{2}\Big)`$
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**$`\boldsymbol{\mathbf{\quad =2\,A\;cos\Big(\dfrac{\varphi_1-\varphi_2}{2}\Big)\,cos\Big(kx - \omega t + \dfrac{\varphi_1+\varphi_2}{2}\Big)}}`$** **$`\boldsymbol{\mathbf{\quad =2\,A\;cos\Big(\dfrac{\varphi_1-\varphi_2}{2}\Big)\,cos\Big(\omega t - kx + \dfrac{\varphi_1+\varphi_2}{2}\Big)}}`$**
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Bien sûr nous obtrenons le même résultat qu'avec le calcul en notation réelle. Bien sûr nous obtrenons le même résultat qu'avec le calcul en notation réelle.
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