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Exemple de la corde La perturbation
se propage le long de la corde. Le mouvement de
la main est de haut en bas, perpendiculairement à la progression de l'onde |
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On parle d’onde progressive. C'est une onde transversale |
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Exemple de la ligne de
dominos Chaque domino
tombant provoque la chute du suivant. La perturbation se propage de proche en
proche, mais chaque domino reste sur place. |
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Il y a
déplacement d'énergie sans
déplacement de matière. |
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Exemple d'un impact dans
l'eau La surface de
l'eau est perturbée au point d'impact. L'onde se propage en rides
circulaires. Localement les molécules d'eau dansent de haut en bas. Un bouchon
placé là va se déplacer verticalement mais pas horizontalement. |
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Il s'agit d'une onde progressive périodique se déplaçant à la
surface de l'eau. Le front d'onde est le lieu où les molécules d'eau
commencent à se déplacer. |
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Huygens (1629-1695) constate la
différence entre les ondes lumineuses et une onde à la surface de l'eau:
Principe
de Huygens: description ondulatoire de la lumière pourtant en
propagation rectiligne. Ainsi, une
onde lumineuse qui passe à travers une fente concentre la lumière dans un cône dont le sommet est la
source lumineuse et la base est la surface de la fente. |
Sur cette illustration, la réfraction est expliquée en considérant que
chaque point lumineux réémet une onde sphérique de même fréquence, même
amplitude et même phase |
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La matière englobe tout ce qui est
matériel, tout ce qui est composé de molécules ou d'atomes. Notre monde est fait de
matière et de forces. |
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Matière Les
atomes de matière sont composés de neutrons,
protons et électrons. |
Forces Les
forces sont véhiculées par les particules.
C'est le photon pour la force
électromagnétique. |
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Onde |
Modification de l'état physique d'un milieu matériel ou immatériel,
qui se propage à la suite d'une action locale avec une vitesse finie,
déterminée par les caractéristiques des milieux traversés.
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Radiation |
Propagation de l’énergie à partir
d’une source rayonnante, sous forme d’ondes électromagnétiques ou de
particules.
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Rayonnement |
Transport d'énergie sous forme d'ondes ou de particules à partir d'une
source; ondes ou particules assurant un transport d'énergie dans un milieu.
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Rayon |
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Résumé:
en gros, tout ça, c'est la même chose!
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Ondes sonores Ces ondes
ont besoin d’un milieu matériel pour se
propager (l’air par exemple). Ce sont
les chocs entre les molécules ou les atomes du milieu qui transmettent l'onde
sonore. VAir =
340 m.s-1 VEau = 1500 VAcier = 6000 |
Ondes électromagnétiques Ces
ondes, telle la lumière visible,
n’ont pas besoin d’un milieu matériel pour se propager : elles se propagent
aisément dans l’espace (le vide) et dans
l'air. CAir = 3 . 108 m.s-1 CEau = 2,2 .
108 CVerre = 2 . 108 |
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Bilan
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Célérité = vitesse de propagation
d'une onde électromagnétique. Le
terme célérité est utilisé plutôt que celui de vitesse pour distinguer:
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La
lumière visible est un exemple de rayonnement électromagnétique. Ondes
avec transfert d'énergie. Susceptible
d'effets tels que: atténuation, absorption, diffraction et réfraction; et aussi: décalage vers le
rouge (Doppler), interférences, échos … L’Univers est empli d’émetteurs électromagnétiques sur tout le spectre. L'homme est également un fort
contributeur: radio,
télévision, téléphone portable … Deux
descriptions aussi valables l'une que l'autre:
L'onde
électromagnétique est une vibration à la fois du champ électrique et du champ
magnétique. Les deux champs oscillent à la même
fréquence et en phase perpendiculairement l'un à l'autre et
perpendiculairement à la direction de propagation. C'est une onde transversale. |
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Spectre des ondes électromagnétiques Rappel:
micro = 10-6 nano = 10-9 pico = 10-12
Rayon gamma et
rayons X à 0,001 nanomètre ou 1 picomètre D’une façon générale, tous les corps chauffés
émettent de l’énergie sous forme d’infrarouge, même
s’ils ne sont pas lumineux. Les sources d’ultraviolets,
sont, avant tout, naturelles : le Soleil et les étoiles produisent des ultraviolets.
Voir Formules de calcul
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Une
onde est rarement de fréquence pure (une seule fréquence). Dans la réalité
(rayonnement du soleil, par exemple), une onde est la somme de multitudes
d'ondes de fréquences différentes. La
présentation de toutes ces fréquences s'appelle le spectre de l'onde. Le spectre est continu si toutes les fréquences
sont présentes (dans une bande donnée de fréquences). Si seules certaines
fréquences apparaissent, il s'agit d'un spectre
de raies. |
En rouge: le spectre de rayonnement d'une étoile. En irisé,
le spectre de la lumière visible. |
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Signal |
Exemple: un son capté par un microphone. La valeur de la grandeur est appelée amplitude.
C'est le débattement du signal. C'est la valeur de U sur le schéma
ci-dessous. Toute une branche de la physique, le traitement
de signal, consiste à étudier, analyser, modifier … le signal. Par
exemple, pour le débarrasser d'un bruit de fond afin de faire ressortir le
signal utile. |
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Signal périodique |
T: période (secondes);
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Phase |
Décalage en temps entre deux ondes périodiques. Ici, le déphasage est égal à un quart de période.
S1 = sin (2 Avec 2 Pi dans le sinus la période égale à 1; sinon la période serait
égale à 2Pi.
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Longueur d'onde (spatiale) |
Rappel de la formule générale: longueur = vitesse x
temps >>> c est la célérité de la
lumière >>> |
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Nature |
Monochromatique: une seule fréquence (laser). Polychromatique: plusieurs radiations de longueurs d'onde
différentes (lumière émise par le Soleil). >>> |
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Pour bien comprendre ce qu'est la longueur d'onde
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1)
Imaginons une pendule (horloge) immobile.
Son balancier fait un aller-retour en 2 secondes: sa période est: T = 2s, et
sa fréquence est égale à un demi-battement par seconde:
2)
Imaginons que cette horloge soit placée sur un camion qui avance à 36 km/h =
10 m/s. Durant un A/R du balancier (une période de 2 s), le camion, donc
l'horloge, a progressé de 2 x 10 = 20 m. La "longueur d'onde" est
de 20 mètres. C'est bien la distance
parcourue en un battement aller et retour. |
L'horloge est une comtoise de la manufacture Vuillemin
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Deux catégories
d'ondes progressives selon leur propagation Ondes
longitudinales
Exemple: le ressort comprimé qui se relâche.
La pression s'exerce dans le sens de la longueur du ressort. Un mouvement exercé à un bout se propage jusqu'à
l'autre bout. Chaque partie de matière se déplace localement
selon la direction de la perturbation. Ondes
transversales
Autres exemples: ondes des tremblements de terre, ondes électromagnétiques. Chaque partie de matière se déplace localement
perpendiculairement au sens de la perturbation. |
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Milieu de propagation
Géométrie
Mouvement
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Ondes |
Caractéristiques |
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Dominos |
Matérielle |
Énergie |
Longitudinale |
Progressive |
Linéaire |
Linéaire |
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Corde fouettée |
Matérielle |
Énergie |
Transversale |
Progressive |
Linéaire |
Sinusoïdale |
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Corde vibrante, Tuyau sonore |
Matérielle |
Énergie |
Transversale |
Stationnaire |
Linéaire |
Sinusoïdale |
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Houle |
Matérielle |
Énergie |
Transversale |
Progressive |
Circulaire |
Sinusoïdale |
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Tremblements de terre |
Matérielle |
Énergie |
Transversale |
Progressive |
Sphérique |
Aléatoire |
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Ressort (compression- décompression) |
Matérielle |
Énergie |
Longitudinale |
Progressive |
Linéaire |
Sinusoïdale |
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Sons (air, eau …) Compression-dilatation |
Matérielle |
Pression |
Longitudinale |
Progressive |
Sphérique |
Sinusoïdale
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Électromagnétiques |
Sans Support |
Énergie |
Transversale double |
Progressive |
Linéaire |
Sinusoïdale |
On
dit aussi bien: matérielle ou mécanique
Ondes sonores (exemple de rédaction)
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Une
onde sonore se propage, c’est donc une onde progressive.
Elle
se propage dans toutes les directions qui lui sont offertes, il s’agit d’une
onde tridimensionnelle. La
direction de la propagation de l’onde sonore est parallèle à la direction de
la perturbation, c’est une onde longitudinale. |
Ondes sismiques
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Les
ondes suites aux tremblements de Terre ou les ondes sismiques crées par
l'homme sont complexes: elles peuvent être longitudinales (ondes P),
transversales (ondes S) ou de surface (ondes de Rayleigh). |
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Période |
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Longueur d'onde |
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Énergie du photon |
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Électron-volt |
1eV = 1,6 . 10-19 J |
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Quantité de photons |
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Quantité d'électrons |
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Rayonnement |
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= 450 nm |
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Loi de Wien |
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= 9 334 nm |
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Remarque sur les unités
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10
Hz (majuscule) ou 10 hertz (minuscule) 100
K ou 100 kelvin et sans degré k
(minuscule) est le facteur
multiplicatif par mille (kilo) |
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Vitesse
(célérité) de propagation de l'onde: |
F force
appliquée
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Exemple Corde d'un mètre
et dont la masse 100 grammes, soit une masse linéique: 0,1 kg/m. Corde tendue par
une masse de 5 kg tirant l'une des extrémités. |
F = m.g = 5 x 9,81
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Courbes célérité fonction de la
masse en kg pour diverses masses linéiques (de 0,01 à 0, 06) |
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Prenons le son musical comme exemple.
Une note n'est
jamais pure: elle est faite de la superposition d'un son principal (fréquence
de la note) et des "répliques" à des fréquences multiples, les
harmoniques. Le fondamental est numéroté
en tant que premièr
harmonique. |
Fréquences principales et
secondaires Fondamental et harmoniques
Flûte et Violon Les
harmoniques sont plus aigus que le fondamental. Une octave sépare une fréquence et la fréquence
double >>> |
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Le timbre de quelques instruments
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Chacun de ces
signaux peut être modalisé par une superposition de plus ou moins de
sinusoïdes harmoniques, chacune avec une pondération en amplitude. Voir Analyse de Fourier |
Fondamental: Harmoniques: Signal complet: |
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A wave is a periodic oscillation
that transmits energy through space. The wave with the shortest wavelength
has the greatest number of wavelengths per unit time (i.e., the highest
frequency). If two waves have the same frequency
and speed, the one with the greater amplitude has the higher energy. Water waves transmit
energy through space by the periodic oscillation of matter (the water). In
contrast, energy that is transmitted, or radiated, through space in the form
of periodic oscillations of electric and magnetic fields is known as electromagnetic radiation. All forms of electromagnetic radiation consist of perpendicular oscillating electric and magnetic
fields. Because the various kinds of
electromagnetic radiation all have the same speed
(c), they differ in only wavelength and frequency. |
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Suite |
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Voir |
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Cette
page |
http://villemin.gerard.free.fr/aScience/Physique/ONDULAT/Onde.htm |
