Ondas y frecuencia
Ondas y frecuencia
Vérifier la relation fondamentale des ondes v = λ × f en faisant varier la fréquence et en mesurant la longitud de onda avec la simulation Ondes sur un lac de FizziQ Web.
Jette un caillou dans un lac et observe les ondes circulaires qui se propagent à la surface. Leur vitesse de propagation dépend-elle de la fréquence ? De l'amplitude ? La simulation Ondes sur un lac de FizziQ Web te permet de répondre à ces questions en contrôlant précisément la fréquence, l'amplitude et la vitesse de propagation des ondes. Des flotteurs placés à différentes distances de la source mesurent la hauteur de l'eau au passage de l'onde. Tu vas découvrir la relation fondamentale qui relie la vitesse v, la fréquence f et la longitud de onda λ : v = λ × f. Cette relation est universelle : elle s'applique aussi bien aux vagues qu'aux ondes sonores ou lumineuses.
Descripción de la actividad:
El alumno utiliza la simulation Ondes sur un lac de FizziQ Web pour observer la propagation d'ondes circulaires. En fixant la vitesse de propagation et en faisant varier la fréquence, il mesure la distance entre deux crêtes successives (longitud de onda λ). Il trace λ en función de 1/f et vérifie que la courbe est une droite de pente v, confirmant la relation v = λ × f.
FizziQ
Autor:
Duración:
25
Lo que harán los estudiantes:
'- Observer la propagation d'ondes mécaniques à la surface de l'eau
- Mesurer la longitud de onda sur la simulation
- Vérifier expérimentalement la relation v = λ × f
- Comprendre que la vitesse de propagation dépend du milieu et non de la fréquence
- Distinguer fréquence, longitud de onda, amplitude et vitesse de propagation
Conceptos científicos:
'- Onde mécanique
- Fréquence (Hz)
- Longueur d'onde (m)
- Vitesse de propagation (célérité)
- Relation fondamentale v = λ × f
- Propagation circulaire
Sensores:
'- Simulation Ondes sur un lac de FizziQ Web
Material necesario:
'- Ordenador, tablette ou smartphone avec FizziQ Web
Procedimiento experimental:
Ouvre la simulación Ondes sobre un lac en FizziQ Web (Expérimenter → Simulations → Ondes sobre un lac).
Fija la velocidad de propagation à une valeur donnée (por ejemplo 2 m/s) y la amplitud à 0,5 m. Ces paramètres ne changeront pas pendant toute l'experimento.
Règle la frecuencia à 0,5 Hz. Lance la simulación (START). Observa les ondes circulaires se propager à la surface.
Observa la distancia entre deux crêtes successives : es la longitud d'onde λ. Mesure-la o note-la depuis les données de la simulación.
Arrête la simulación. Change la frecuencia à 1,0 Hz, puis relance. La distancia entre les crêtes a-t-elle changé ? Dans qué sens ?
Repite para les frecuencias 1,5 Hz, 2,0 Hz, 2,5 Hz y 3,0 Hz. Pour chaque frecuencia, note la longitud d'onde λ en un tableau.
Crée un tableau con trois colonnes : Frecuencia f (Hz), Longueur d'onde λ (m), y Produit λ × f (m/s).
Calcula le produit λ × f para chaque ligne. ¿Qué observas ? Ce produit est-il constant ?
Traza el gráfico de λ en función de 1/f. Si la relation v = λ × f es vérifiée, tu dois obtenir une droite passant par l'origine, de pente v.
Verifica que la pente correspond bien à la velocidad de propagation que tu as fixée au départ. Conclusion : v = λ × f.
Resultados esperados:
Pour v = 2 m/s : λ = 4,0 m (f = 0,5 Hz), λ = 2,0 m (f = 1,0 Hz), λ = 1,33 m (f = 1,5 Hz), λ = 1,0 m (f = 2,0 Hz), λ = 0,8 m (f = 2,5 Hz), λ = 0,67 m (f = 3,0 Hz). Le produit λ × f est constant et vaut 2,0 m/s pour chaque mesure, confirmant v = λ × f. Le graphique λ(1/f) est une droite passant par l'origine de pente 2,0 m/s. La longitud de onda diminue quand la fréquence augmente, à vitesse constante.
Preguntas científicas:
'- Si tu doubles la fréquence, que devient la longitud de onda ? Et la vitesse ?
- L'amplitude de l'onde influence-t-elle la vitesse de propagation ou la longitud de onda ?
- Pourquoi la vitesse des vagues ne dépend-elle pas de la fréquence ?
- La relation v = λ × f s'applique-t-elle aussi au son et à la lumière ?
- Comment mesurerait-on la longitud de onda d'une vraie vague sur un lac ?
Explicaciones científicas:
Une onde mécanique es une perturbation qui se propage en un milieu matériel sans transport de matière. Sur un lac, l'eau monte y descend mais ne se décoloca pas horizontalement : es l'onde qui se propage.
Trois grandeurs caractérisent une onde. La frecuencia f (en Hz) es le nombre d'oscillations par seconde. La longitud de onda λ (en m) es la distancia entre deux crêtes successives. La vitesse de propagation v (ou célérité, en m/s) es la velocidad à laqué l'onde avance.
Ces trois grandeurs sont liées par la relation fondamentale : v = λ × f. Cette relation es universelle : elle s'applique à toutes les ondes (mécaniques, sonores, lumineuses, électromagnétiques).
La velocidad de propagation dépend du milieu y non de la frecuencia. Sur un lac, elle dépend de la profondeur de l'eau y de la gravité. Si on change la frecuencia, es la longitud d'onde qui s'adapte para maintenir v = λ × f.
L'amplitude es la hauteur maximale de l'onde (la crête). Elle es indépendante de la frecuencia y de la longitud d'onde. Changer la amplitud ne modifie ni v ni λ : l'onde es simplement más o moins haute.
Actividades de ampliación:
'- Fixer la fréquence et faire varier la vitesse de propagation pour vérifier que λ change proportionnellement à v
- Observer le mouvement des flotteurs et vérifier que leur période d'oscillation correspond à 1/f
- Comparer l'amplitude des flotteurs proches et éloignés pour observer l'atténuation des ondes
- Calculer la période T = 1/f et vérifier la cohérence avec le graphique du flotteur
Preguntas frecuentes:
Q: ¿Cómo mesurer la longitud de onda sur la simulation ?
R: La longitud de onda est la distance entre deux crêtes successives visibles sur l'écran. Tu peux aussi la calculer : λ = v/f si tu connais la vitesse et la fréquence.
Q: ¿Por qué les ondes sont-elles circulaires ?
R: La source est ponctuelle (un point au centre). L'onde se propage dans toutes les directions à la même vitesse, ce qui crée des fronts d'onde circulaires.
Q: L'amplitude diminue-t-elle avec la distance ?
R: Oui, c'est l'atténuation. L'énergie de l'onde se répartit sur un cercle de plus en plus grand, donc l'amplitude diminue. Les flotteurs éloignés oscillent moins que les flotteurs proches.