Ondes et signaux : 726 questions de concours corrigées
87 épreuves corrigées question par question (CCINP, Centrale, E3A, X-ENS, Mines…), réparties en 4 sous-chapitres.
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Propagation des ondes mécaniques et des signaux : ondes progressives et stationnaires, corde vibrante, acoustique, dispersion.
Les sous-chapitres
Chaque sous-chapitre réunit ses questions de concours, filtrables par difficulté, concours, filière et année.
- Signaux et propagation125 questions · 16 incontournables
Sup : MP, PC, PSI, PT, MPI, TSI, BCPST
- Corde vibrante et équation de d'Alembert86 questions · 21 incontournables
Sup : PC, PSI
- Ondes acoustiques369 questions · 87 incontournables
Spé : PC, PSI
- Dispersion, paquets d'ondes et chaînes d'oscillateurs201 questions · 29 incontournables
Sup : PC, PSI
Incontournables
Des questions classiques à savoir refaire, parmi les 145 du chapitre (les plus récentes, une par épreuve). Les autres sont sur les pages des sous-chapitres (filtre « Classiques »).
CentraleSupélec Physique 1 PC 2025, Q22
Rappeler la relation liant la fréquence fondamentale f₁ d'oscillation d'une corde vibrante fixée aux deux extrémités d'une cavité de longueur d en fonction de la célérité cₐ de l'onde. Sachant que…
CentraleSupélec Physique 2 PC 2025, Q21
Afin de mieux comprendre ces résultats, on étudie, uniquement dans cette question, une corde vibrante de longueur L, fixée à ses deux extrémités. Sans justification, représenter l'allure de la corde…
ENS Physique-Chimie L PC 2025, Q17
La chaîne de billes est un milieu continu, considéré comme unidimensionnel, à travers lequel l'onde mécanique se propage. Sa propagation doit alors être décrite par un champ de déplacement continu…
ENS Physique BCPST 2025, Q32
L'antenne du satellite Sentinel-1 émet des ondes électromagnétiques de fréquence f₀ = 5 GHz. Calculer la longueur d'onde λ correspondante. Préciser à quel domaine du spectre électromagnétique ce…
CCINP Physique-Chimie PSI 2025, Q12
Soit dV un volume élémentaire d'air que nous appellerons par la suite particule d'air. Écrire l'équation de la dynamique vérifiée pour cette particule d'air. Projeter cette équation suivant le…
E3A Physique-Chimie PC 2025, QPhysique-IV-Q20
Dans le cas de l'onde plane progressive incidente p₁(x, t), justifier que l'on trouve e(x, t)=χ₀ p₁(x, t)².
E3A Physique-Chimie PSI 2025, Q20
En déduire l'équation de propagation vérifiée par p(x, t) en fonction de ρ₀ et de χ_S. Donner l'expression de la célérité des ondes sonores. Donner sa valeur numérique dans le cas de la cornée.
Polytechnique Physique A PC 2025, Q21
Que devient l'équation d'ondes appliquée à u(r, t) pour un problème à symétrie sphérique ? On rappelle la relation en coordonnées sphériques : Δ Ψ 1/r (∂² rΨ)/(∂ r²) + 1/r² [ 1/(sin θ) (∂ sin θ ∂ Ψ…
Pièges classiques
Signaux et propagation
- Oublier le facteur 2 dans l'expression du retard ou de la distance lors d'un écho (radar, sonar, réflexion) : l'onde parcourt un aller-retour, la distance totale vaut 2d et le retard mesuré est \Delta t = 2d/c.
Questions sources :CentraleSupélec Physique-Chimie 1 MP 2025, Q23ENS Physique BCPST 2025, Q43Mines-Ponts Physique 2 MPI 2023, Q14
- Confondre le sens de propagation et le signe dans l'argument : une onde de la forme f(t - x/c) se propage vers les x croissants, tandis que f(t + x/c) se propage vers les x décroissants, le retard temporel devant toujours rester strictement positif le long du trajet.
Questions sources :Polytechnique Physique A PC 2025, Q7Polytechnique Physique A PC 2025, Q8Polytechnique Physique A PC 2025, Q18
Corde vibrante et équation de d'Alembert
- Lors du bilan dynamique sur un tronçon de corde, la force exercée en x par la partie gauche est -\vec{T}(x,t), tandis que la partie droite en x+\mathrm{d}x exerce +\vec{T}(x+\mathrm{d}x,t). Oublier le signe négatif à gauche fausse l'équation du mouvement.
Questions sources :X-ENS Physique PSI 2024, Q16Mines-Ponts Physique 2 MP 2022, Q15ENS Physique-Chimie L PC 2020, Q21
- Pour une corde de masse non négligeable (suspendue sous son propre poids), la tension varie le long du fil et ne doit pas être sortie de la dérivée spatiale : l'effort net transversal s'écrit \frac{\partial}{\partial z}\left(T(z)\frac{\partial y}{\partial z}\right).
Question source :ENS Physique-Chimie L PC 2020, Q21
Ondes acoustiques
- Pour une onde se propageant dans le sens des x décroissants, ne pas oublier le signe moins dans la relation d'impédance : p_1 = -Z_c v_1. L'impédance caractéristique Z_c = \rho_0 c est intrinsèquement positive.
Questions sources :CCINP Physique-Chimie PSI 2025, Q17CCINP Physique-Chimie PSI 2025, Q20E3A Physique-Chimie PSI 2025, Q22
- Ne pas confondre la vitesse particulaire v_1 (vitesse d'agitation macroscopique du fluide, de l'ordre du \mathrm{mm\cdot s^{-1}} au \mathrm{m\cdot s^{-1}}) avec la célérité c de l'onde acoustique (environ 340\text{ m}\cdot\text{s}^{-1} dans l'air).
Questions sources :Mines-Ponts Physique 1 PSI 2022, Q8E3A Physique-Chimie PSI 2021, Q32ENS Physique U PSI 2021, Q28
Dispersion, paquets d'ondes et chaînes d'oscillateurs
- Lors de la mise en équation d'une chaîne d'oscillateurs, un test simple pour éviter les erreurs de signe consiste à déplacer virtuellement une seule masse u_n > 0 avec ses voisines immobiles : les deux ressorts adjacents doivent exercer une force de rappel vers la gauche, assurant une force totale en -2Ku_n\vec{e}_x.
Questions sources :X-ENS Physique PSI 2021, Q6CCINP Physique MP 2023, Q6CentraleSupélec Physique-Chimie 2 TSI 2021, Q24
- Pour effectuer le passage à la limite continue d'un réseau discret, il faut impérativement pousser le développement de Taylor des déplacements jusqu'à l'ordre 2 : le terme d'ordre 1 s'annule par symétrie, la différence finie u_{n+1} - 2u_n + u_{n-1} approchant la dérivée seconde spatiale en a^2 \frac{\partial^2 u}{\partial x^2}.
Question source :X-ENS Physique PSI 2021, Q7
Les questions sont classées par sous-chapitre à partir des corrigés détaillés de WikiPrépa ; une question peut relever de deux sous-chapitres. L'année du programme (sup ou spé) suit les programmes officiels en vigueur. Comment les corrigés sont rédigés et relus