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Les phénomènes périodiques

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Objectif

La plupart des systèmes physiques, qu’ils soient naturels ou artificiels, évoluent dans le temps mais pas toujours de la même façon. Certains vont avoir une progression proportionnelle, parabolique, exponentielle ou périodique.
C’est ce dernier cas qui est étudié ici : à travers quelques exemples simples, nous allons identifier ce qu’est un phénomène périodique.

1. Phénomènes périodiques naturels

a. Sur la Terre :

• Les vagues :
Les vagues déferlent sur le rivage à intervalles réguliers de l’ordre de quelques secondes. Cet intervalle est appelé une période.
On peut donc dire que la houle est un phénomène périodique. La période mise en évidence ici est petite mais certains phénomènes naturels peuvent avoir une période beaucoup plus grande.

• Rotation de la Terre sur elle-même et autour du Soleil :
La Terre fait un tour sur elle-même en 1 jour. On parle ici d’une période de rotation de 24h.
De la même façon, la Terre fait un tour autour du Soleil en 365,25 jours. Ceci est aussi assimilé à une période.

b. Dans le corps humain

• Le cœur :
Le cœur est un muscle autonome qui bat périodiquement à raison en moyenne de 60 à 80 battements par minute au repos, c'est-à-dire une pulsation cardiaque environ par seconde. La période cardiaque normale est donc d’une seconde.

• La respiration :
La respiration peut être considérée également comme périodique. Toutes les 5 secondes, une inspiration est indispensable pour le corps humain. La période d’une inspiration est égale à 5 secondes.

2. Phénomènes périodiques artificiels

a. Un balancier d'horloge

Un balancier d’horloge est animé d’un mouvement oscillant qualifié de périodique. En effet, un « tic-tac » représente une période. La période des oscillations dépend de la longueur du balancier et de la pesanteur.

b. L'électricité domestique

L’électricité que délivre EDF dans nos habitations peut être également représentée comme un phénomène périodique. Sur la plupart des appareils électroménagers, on trouve des étiquettes comme celle-ci :

Cette étiquette est relative à une télévision : On peut y lire la tension d’alimentation 220-240V nécessaire au bon fonctionnement de l’appareil ; puis le petit sigle ~ suivi de 50 Hz : ceci signifie que la tension est alternative, c'est-à-dire périodique.

La réalisation de l’oscillogramme de la tension délivrée par EDF conduit à ceci :

Si on regarde la courbe rouge, elle est composée d’une répétition de motifs durant chacun 20 ms. La période de l’électricité domestique est : T = 20 ms.

Remarque : la valeur maximale (point le plus haut de la courbe) de la tension d’alimentation atteint bien 220 V.

L'essentiel

Au vu de tous ces exemples, les périodes peuvent avoir des ordres de grandeur très différents, allant de la milliseconde à la seconde ou à l’heure, voire l’année.
Les phénomènes périodiques sont facilement identifiables : dès qu’un motif élémentaire se répète à l’infini, identique à lui-même à intervalles réguliers, on peut alors parler de phénomène périodique de période égal à cet intervalle de temps séparant deux motifs élémentaires.

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