À propos de cette expérience
Examinez les modes de vibration naturels d’une corde tendue. Sélectionnez une harmonique, modifiez la tension, la longueur ou la masse linéique, puis observez l’évolution de la fréquence. Les points orange indiquent les nœuds immobiles ; les points verts indiquent les ventres où le déplacement est maximal. La lecture s’effectue à une vitesse lente fixe, afin de pouvoir étudier la forme même lorsque la vibration réelle serait trop rapide pour être visible.
Objectifs pédagogiques
- Identifiez les nœuds et les ventres d’une onde stationnaire à extrémités fixes
- Reliez le rang de l’harmonique à la longueur d’onde et à la fréquence propre
- Prévoyez comment la tension, la longueur et la masse linéique modifient la fréquence
Comment l’utiliser
- 1Sélectionnez le premier harmonique et utilisez « Pas » pour observer une oscillation complète.
- 2Comparez les harmoniques 1, 2 et 3. Comptez les nœuds, extrémités comprises.
- 3Gardez l’harmonique fixe et quadruplez la tension. Comparez les fréquences.
- 4Doublez la longueur, puis comparez la longueur d’onde et la fréquence aux valeurs initiales.
Le modèle
Hypothèses
- La corde est uniforme, flexible et soumise à une tension constante. Ses deux extrémités sont fixes.
- Les déplacements obéissent à l’équation linéaire des ondes pour de faibles pentes. La rigidité en flexion et l’amortissement sont négligés.
- Seul le mode propre sélectionné est excité. Aucun excitateur externe, aucune bande passante de résonance ni aucun mélange d’harmoniques ne sont simulés.
- L’amplitude affichée est augmentée pour être plus visible ; la lecture est fixée à 0,5 cycle par seconde, indépendamment de la fréquence physique.
À essayer en classe
- Q1Combien de ventres et de nœuds le quatrième harmonique comporte-t-il ?
- Q2Quelle variation de la tension double la fréquence sans modifier la longueur d’onde ?
- Q3Pourquoi les extrémités restent-elles des nœuds pour chaque harmonique ?
Foire aux questions
Pourquoi l’augmentation de la tension n’accélère-t-elle pas l’animation affichée ?
La lecture est volontairement fixée à une vitesse lente pour faciliter l’observation. Les variations de tension modifient la fréquence physique calculée, indiquée dans l’affichage.
Une onde stationnaire est-elle immobile partout ?
Non. Les nœuds restent à un déplacement nul, tandis que les autres points oscillent. L’enveloppe et les positions des nœuds restent stationnaires.