Onde longitudinale le long d'un ressort

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Un ressort à spires non jointives est fixé à une extrémité et comprimé brusquement à l'autre extrémité, en un point , à l'instant . Une spire repère est située à de ; elle commence à se déplacer à . Une seconde spire repère , située à de , commence à se déplacer à .

Onde longitudinale se propageant le long d'un ressort à spiresSchéma d'un ressort à spires non jointives, tendu horizontalement et fixé à son extrémité droite. Les spires sont figurées par des traits verticaux. Dans une zone située vers la gauche, ces traits sont nettement plus serrés qu'ailleurs : c'est la zone de compression qui se propage. Contrairement à une onde sur une corde, le déplacement des spires se fait le long de la direction de propagation, et non perpendiculairement — l'onde est longitudinale. Deux spires repères sont marquées par des flèches et des cotes donnent leur distance à l'extrémité excitée.Compression se propageant le long d'un ressortOnde longitudinale : les spires se rapprochent puis s'écartent dans le sens de la propagationfixeScompressionMNx₍M₎ = 1,20 mx₍N₎Donnéescompression brusque en S à t = 0x₍M₎ = 1,20 mM bouge à t₍M₎ = 0,40 sN : seconde spire repère
Les spires se déplacent le long du ressort, pas perpendiculairement : c'est une onde longitudinale, et c'est pourquoi on la dessine par un resserrement, jamais par une sinusoïde.

1. Quelle est la direction du déplacement des spires par rapport à la direction de propagation de l'onde ? Comment qualifie-t-on cette onde ?

2. Calculer la célérité de l'onde à partir des données du point .

3. Retrouver cette célérité en utilisant les données entre et .

4. Si l'on comprimait le ressort plus fortement à l'instant initial, la célérité de l'onde changerait-elle ? Justifier.

Indices

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1 Indice 1
Les spires se déplacent le long du ressort, dans la direction même de propagation : l'onde est longitudinale.
2 Indice 2
La célérité se calcule d'abord depuis la source, puis se recoupe avec l'intervalle entre les deux spires. Elle ne dépend que du milieu, jamais de la force de l'ébranlement.

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La méthode — par où commencer

Les spires se déplacent le long du ressort, dans la direction même de propagation : l'onde est longitudinale.

La célérité se calcule d'abord depuis la source, puis se recoupe avec l'intervalle entre les deux spires. Elle ne dépend que du milieu, jamais de la force de l'ébranlement.

La rédaction complète, étape par étape, se trouve juste en dessous.

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