Ondes et son
Onde stationnaire sur une corde
Appuyez sur Lecture — les nœuds (gris) restent immobiles ; les antinœuds (lumineux) oscillent avec y = A sin(nπx/L) cos(ωt).
Onde stationnaire sur une corde — simulation interactive de Ondes et son. Appuyez sur Lecture — les nœuds (gris) restent immobiles ; les antinœuds (lumineux) oscillent avec y = A sin(nπx/L) cos(ωt). Laboratoire virtuel de physique gratuit dans le navigateur, avec mesures SI en direct et tutoriel guidé.
Onde stationnaire
Les réflexions sur une corde fixe créent des nœuds et des ventres — le motif oscille sur place.
Une onde stationnaire est la superposition de deux ondes progressives identiques se propageant en sens opposés. Les nœuds ont une amplitude nulle ; les ventres oscillent au maximum.
- Onde stationnaire y = A sin(nπx/L) cos(ωt)
- Longueur d'onde λₙ = 2L/n
Mémoire d'enquête
Planifiez la question avant d'ouvrir le laboratoire
Le brief reprend la page pré-rendue : question directrice, prédictions concurrentes, rôles des variables, lois directrices, préparation et consignes d’analyse et de prolongement restent visibles et dans cet ordre.
Question de conduite
Une corde fixée aux deux extrémités résonne à des fréquences spécifiques appelées harmoniques. Quel est le rapport entre la fréquence des 2e et 3e harmoniques et la fondamentale ?
Des pronostics à peser
- Les fréquences harmoniques ne suivent aucun modèle simple par rapport au fondamental.
- La fréquence de chaque harmonique est la moitié de la précédente.
- La fréquence de chaque harmonique est un multiple entier de la fondamentale.
Rôles variables
Ce que vous définissez :
- Numéro harmonique n
Ce que vous mesurez :
- F₁ fondamental (Hz)
- Fréquence de résonance fₙ (Hz)
Comment se déroule l'enquête
- Ouvrez le préréglage « onde stationnaire sur corde » et appuyez sur Réinitialiser. La tension (120 N), la densité linéique (0.01 kg/m) et la longueur (1.2 m) sont fixes.
- Activez la lecture de la fréquence fondamentale sur la corde.
- Définissez le numéro harmonique n pour chaque essai et enregistrez la fréquence de résonance.
Équation gouvernante
Fondamental à ondes stationnaires à extrémité fixe — f₁ = v/(2L)
Une corde fixée aux deux extrémités supporte une onde stationnaire dont la fréquence (fondamentale) la plus basse dépend de la vitesse de l'onde et de la longueur de la corde : f₁ = v/(2L).
Série harmonique — fₙ = n·f₁
Des modes de résonance plus élevés se produisent à des multiples entiers du fondamental : fₙ = n·f₁. Chaque nombre entier n correspond à un ajustement demi-onde supplémentaire sur la corde.
Ce que la feuille de travail imprimable demande aux élèves de résoudre
- Calculez f₁ = √(T/μ)/(2L) en utilisant T = 120 N, μ = 0.01 kg/m, L = 1.2 m, puis fₙ = n·f₁ pour chaque ligne. Comparez avec le tableau.
- Votre graphique fₙ-vs-n doit être une ligne droite passant par l'origine avec une pente f₁. Expliquez pourquoi la fixation des deux extrémités force uniquement les multiples entiers de f₁ à résonner.
Où cela apparaît au-delà du laboratoire
- La fondamentale d'une corde de guitare définit la note que vous entendez, mais la corde vibre également simultanément à des harmoniques plus élevées, donnant à la note son timbre. Où d'autre dans cette application pouvez-vous voir plusieurs harmoniques combinées ?
- Si vous raccourcissiez la corde de moitié (en gardant la tension et la densité linéaire identiques), qu'arriverait-il à la fréquence fondamentale ? Utilisez f₁ = v/(2L) pour expliquer.
- AP Physics 2 — Unit 14: Waves, Sound, and Physical Optics
- IB Physics — C.4 Standing waves and resonance
- General High School Physics — Waves & sound
- NGSS High School Physics — Wave properties
- Quel schéma ?
- Augmente l'harmonique
- Capture la résonance
- Ouvre les données
- Expliquez vos observations
Ouvrez la simulation interactive pour construire la scène, appuyez sur Lecture et explorez avec des mesures en direct et un tutoriel guidé.
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