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c526ad2e
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c526ad2e
authored
Apr 02, 2023
by
Claude Meny
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12.temporary_ins/69.waves/30.n3/20.overview/cheatsheet.fr.md
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c526ad2e
...
...
@@ -292,7 +292,7 @@ RÉSUMÉ
------------------------------------------>
#### 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
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
sinusoïdal
e ?
#### Comment décrire mathématiquement une onde plane progressive
harmoniqu
e ?
*
Les termes
*sinusoïdale*
,
*harmonique*
, et
*monochromatique*
sont
**équivalents**
.
...
...
@@ -328,7 +328,7 @@ et son sens de propagation sont donnés par un vecteur unitaitre
*$`\boldsymbol{\mathbf{sin (\varphi) = cos (\varphi + \pi/2)}}`$*
.
*
$
`\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.
<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)`
$
...
...
@@ -377,7 +377,7 @@ $`\forall \alpha \in \mathbb{R}\;,\,`$ **$`\large{exp{\,\alpha} = cos \,\alpha +
<br>
#### L'onde plane progressive
sinusoïdal
e est-elle physiquement réaliste ?
#### L'onde plane progressive
harmoniqu
e est-elle physiquement réaliste ?
*
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[`
$
...
...
@@ -495,8 +495,12 @@ $`\forall \alpha \in \mathbb{R}\;,\,`$ **$`\large{exp{\,\alpha} = cos \,\alpha +
#### 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,
et propagation des zéros](2_sources_circulaires_dephasees_pi_v2_L1000.gif)
...
...
@@ -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?
<br>
*
Les deux
ondes harmoniques
sont :
*
synchrones
*
Les deux
OPPH
sont :
*
synchrones
ou cohérentes (en optique)
*
d'amplitudes égales
*
et se propagent vers les $
`x`
$ croissants.
<br>
...
...
@@ -579,16 +582,16 @@ Le modèle mathémait
**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 :
<br>
**$`\boldsymbol{\mathbf{U_1(x,t) = A\cdot cos(
kx - \omega t
+ \varphi_1)}}`$**
**$`\boldsymbol{\mathbf{U_2(x,t) = A\cdot cos(
kx - \omega t
+ \varphi_2)}}`$**
**$`\boldsymbol{\mathbf{U_1(x,t) = A\cdot cos(
\omega t - kx
+ \varphi_1)}}`$**
**$`\boldsymbol{\mathbf{U_2(x,t) = A\cdot cos(
\omega t - kx
+ \varphi_2)}}`$**
*
Calcul de l'onde résultante :
<br>
$
`\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) \\
&\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}{\
&=2\,A\cdot cos(\alpha ')\,cos\Big(\dfrac{\varphi_1-\varphi_2}{2}\Big)
\end{align}`
$
<br>
$
`\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)}}}`
$
-----------------------------------------
...
...
@@ -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 $`\underline{U_1}`$*
.
<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)\\
&\quad\quad\quad\quad + i\;sin(
kx - \omega t
+ \varphi_1)\big)\big]\\
&= \mathscr{Re}\big[A\cdot \big(cos(
\omega t - kx
+ \varphi_1)\\
&\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}`
$
*
Le deux ondes harmoniques qui interfèrent, d'écriture réelle :
<br>
$
`U_1(x,t) = A_1\cdot cos(
kx - \omega t
+ \varphi_1)`
$.
$
`U_2(x,t) = A_2\cdot cos(
kx - \omega t
+ \varphi_2)`
$
$
`U_1(x,t) = A_1\cdot cos(
\omega t - kx
+ \varphi_1)`
$.
$
`U_2(x,t) = A_2\cdot cos(
\omega t - kx
+ \varphi_2)`
$
<br>
s'écrivent en notation complexe :
<br>
**$`\boldsymbol{\mathbf{\underline{U_1}(x,t) = A_1\cdot e^{\,i\;(
kx - \omega t
+ \varphi_1)}}}`$**
**$`\boldsymbol{\mathbf{\underline{U_2}(x,t) = A_2\cdot e^{\,i\;(
kx - \omega t
+ \varphi_2)}}}`$**
**$`\boldsymbol{\mathbf{\underline{U_1}(x,t) = A_1\cdot e^{\,i\;(
\omega t - kx
+ \varphi_1)}}}`$**
**$`\boldsymbol{\mathbf{\underline{U_2}(x,t) = A_2\cdot e^{\,i\;(
\omega t - kx
+ \varphi_2)}}}`$**
<br>
soit encore :
<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}`
$.
<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}`
$.
<br>
ou $
`\underline{A_2}`
$ et $
`\underline{A_2}`
$ sont les amplitudes complexes des deux ondes.
...
...
@@ -668,9 +671,9 @@ $`\quad\boldsymbol{\mathbf{=\color{brown}{2\,A\cdot cos\Big(\dfrac{\varphi_1-\va
<br>
**$`\mathbf{\underline{U}(x,t)}`$**
$
`\; = \underline{U_1}(x,t) + \underline{U_2}(x,t)`
$
<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>
$
`\color{blue}{\scriptsize{\quad\text{Posons }
kx - \omega t
\,=\, \alpha}}`
$
$
`\color{blue}{\scriptsize{\quad\text{Posons }
\omega t - kx
\,=\, \alpha}}`
$
<br>
$
`\quad =A\;\big[\,e^{\,i\;(\alpha + \varphi_1)} + e^{\,i\;(\alpha + \varphi_2)} \,\big]`
$
<br>
...
...
@@ -715,7 +718,7 @@ $`\quad\boldsymbol{\mathbf{=\color{brown}{2\,A\cdot cos\Big(\dfrac{\varphi_1-\va
<br>
$
`\quad =2\,A\;c\Big(\dfrac{\varphi_1-\varphi_2}{2}\Big)\,c\Big(\alpha + \dfrac{\varphi_1+\varphi_2}{2}\Big)`
$
<br>
**$`\boldsymbol{\mathbf{\quad =2\,A\;cos\Big(\dfrac{\varphi_1-\varphi_2}{2}\Big)\,cos\Big(
kx - \omega t
+ \dfrac{\varphi_1+\varphi_2}{2}\Big)}}`$**
**$`\boldsymbol{\mathbf{\quad =2\,A\;cos\Big(\dfrac{\varphi_1-\varphi_2}{2}\Big)\,cos\Big(
\omega t - kx
+ \dfrac{\varphi_1+\varphi_2}{2}\Big)}}`$**
<br>
Bien sûr nous obtrenons le même résultat qu'avec le calcul en notation réelle.
...
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