Onde mécanique

Tu as certainement déjà essayé de mettre le doigt dans un récipient rempli d'eau, tu remarques dans ce cas qu'il se forme des perturbations circulaires concentriques qui se propagent. Il s'agit des "ondes" de surface qui se forment à la surface de l'eau. 

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    Nous rencontrons les ondes presque dans tout aspect de notre vie quotidienne, jusqu'au point où elles s'avèrent cruciales pour notre survie en tant qu'êtres vivants. Prends l'exemple de la vue et de l'ouïe. Pour le premier exemple, l'intermédiaire de la vue est l'œil qui est sensible à la lumière. Celle-ci est une onde électromagnétique apte à se propager dans le vide et dans un milieu matériel. Pour le second exemple, l'intermédiaire de l'ouïe est l'oreille sensible au son, qui est une onde de pression se propageant dans un milieu matériel (l'air, l'eau, etc.). Note que dans les deux exemples, nous ne percevons qu'un fragment du spectre électromagnétique ou acoustique !

    Les ondes et les vibrations firent un objet d'étude fascinant dans l'histoire de la physique. Plusieurs physiciens comme Huygens, Maxwell et Poynting ont contribué à notre compréhension des ondes, de leurs comportements et des phénomènes dont elles sont capables comme la réflexion, la réfraction, la diffusion, etc.

    Nous pouvons différencier trois types d'ondes en général : les ondes mécaniques, les ondes électromagnétiques et les ondes gravitationnelles.

    Dans ce qui suit nous allons nous intéresser par :

    1. l'onde mécanique progressive ;
    2. la définition de l'onde mécanique ;
    3. l'onde mécanique transversale ;
    4. l'onde mécanique et électromagnétique ;
    5. l'onde mécanique – exemple.

    Reste à l'écoute !

    Définition de l'onde mécanique

    Une onde mécanique est une perturbation qui nécessite un milieu matériel pour exister.

    La différence entre onde mécanique et électromagnétique est qu'une onde électromagnétique ne nécessite pas un milieu matériel pour se propager, elle peut le faire dans le vide. Par exemple, la lumière du Soleil traverse le vide de l'espace pendant environ huit minutes pour atteindre l'atmosphère de la Terre, qui est un gaz (milieu matériel). Cela cause la diffusion de Rayleigh qui va donner la couleur bleue au ciel !Une onde mécanique, quant à elle, se propage dans un milieu matériel à travers ses molécules qui vibrent, entraînant d'autres molécules à vibrer, permettant la propagation de l'onde à travers le milieu matériel.

    Tu te tiens sur le rez-de-chaussée, et après un certain temps, tu entends une personne t'appeler du dernier étage de l'immeuble derrière toi. Cela te semble presque instantané. Analysons cette situation.

    Le son est une onde de pression. Quand une source émet un son, les molécules de l'air proches de la source se compressent. Ensuite, cette compression se propage de proche en proche d'un ensemble de molécules à l'autre, provoquant des compressions dans certaines zones et des raréfactions dans d'autres. Enfin, l'onde atteint les tympans de tes oreilles, sensibles aux vibrations de fréquence allant de 20 à 20 000 Hz.

    Si l'on veut imaginer la situation plus simplement, c'est comme si les molécules de l'air étaient des dominos dont la source a renversé le premier et la suite sera une réaction en chaîne qui renversera tous les dominos jusqu'à atteindre tes oreilles.

    Qu'est-ce qu'une onde mécanique progressive ?

    Une onde mécanique progressive est une onde se propageant dans un milieu matériel, transportant localement l'énergie, mais pas la matière.

    Nous pouvons distinguer deux types d'ondes mécaniques progressives : l'onde mécanique transversale, et l'onde mécanique longitudinale.

    Dans la suite, nous allons introduire l'onde mécanique transversale et longitudinale dans le cas des oscillations périodiques.

    Onde mécanique transversale

    Une onde mécanique transversale est une onde qui cause un déplacement local des particules élémentaires du milieu matériel dans la direction orthogonale à celle de la propagation de l'onde.

    Onde mécanique longitudinale

    Une onde mécanique longitudinale est une onde qui cause un déplacement local des particules élémentaires du milieu matériel dans la même direction que la propagation de l'onde.

    Onde mécanique exemple


    L'exemple le plus commun de l'onde mécanique transversale est celui de la corde vibrante.

    Onde mécanique, Corde vibrante, StudySmarterFigure 1. Exemple d'une onde mécanique transversale

    Les sportifs rencontrent cette situation dans les salles de sport quand ils exercent les cordes de combat. Ils exercent un mouvement de va-et-vient entre deux positions verticales, l'une vers le haut et l'autre vers le bas. Ils remarquent que quand ils exercent ce mouvement, une onde se propage dans la corde allant de leurs mains à la deuxième extrémité de la corde. L'onde a la forme d'une parabole qui se déplace le long de la corde. Chaque point de la courbe se déplace dans la direction orthogonale à celle de la propagation de l'onde, c'est-à-dire de la direction de la corde même. Dans la figure ci-dessus, les points se déplacent verticalement uniquement.

    L'exemple le plus courant de l'onde mécanique longitudinale en physique est celui des oscillations d'une chaîne de masses et de ressorts. Si l'on étire ou comprime le premier ressort initialement et qu'on relâche, la compression va se propager de proche en proche le long de la chaîne.

    Onde mécanique, chaîne de ressorts, StudySmarter

    Figure 2. Exemple d'une chaîne de ressorts oscillants autour de leur position d'équilibre.

    Une série de masses et de ressorts sont attachés l'un à l'autre comme dans la figure ci-dessus. Si on étire ou on comprime le premier ressort par rapport à sa position d'équilibre, alors il va vibrer autour de sa position d'équilibre et cette vibration va se propager le long de la chaîne. Tu remarqueras que le mouvement de va-et-vient des ressorts se fait dans le même sens que la propagation de l'onde le long de la chaîne. Nous pouvons en conclure qu'il s'agit à d'une onde longitudinale.

    Onde mécanique et électromagnétique

    La différence la plus importante entre une onde mécanique et une onde électromagnétique, est que l'onde mécanique nécessite un milieu matériel pour pouvoir se propager, tandis qu'une onde électromagnétique ne le nécessite pas et peut se propager dans le vide. Un simple exemple sera la lumière du Soleil qui nous atteint après un parcours de 8 minutes environ dans le vide de l'espace !

    De plus, pour une onde mécanique, nous parlons d'oscillation ou de vibration des particules du milieu matériel. Cependant, pour les ondes électromagnétiques, nous parlons d'oscillation des champs électriques et magnétiques : Un champ électrique variable en un point M créera un champ magnétique variable en un autre point M'. Et, un champ magnétique variable au point M', créera un champ électrique variable en un point M'', et ainsi de suite. C'est la manière par laquelle l'onde électromagnétique se propage. Ce sont les équations de Maxwell qui nous renseignent sur ces propriétés des ondes électromagnétiques !

    Tu peux remarquer que les ondes électromagnétiques se propagent de proche en proche dans l'espace, ce qui est semblable au déplacement de proche en proche de l'onde mécanique dans un milieu matériel, d'un point du milieu à un autre.

    Dans les résumés de cours qui suivent, tu verras plus de détails concernant tout ce que tu as appris ici !

    Onde mécanique - Points clés

    • Une onde mécanique est une perturbation qui se propage dans un milieu matériel.
    • Une onde mécanique progressive est une onde mécanique qui évolue dans l'espace et dans le temps.
    • Il existe deux types d'ondes mécaniques progressives : les ondes mécaniques transversales et les ondes mécaniques longitudinales.
    • Une onde mécanique transversale est une onde qui fait vibrer les particules du milieu dans une direction perpendiculaire à celle de la propagation de l'onde.
    • Une onde mécanique longitudinale est une onde qui fait vibrer les particules du milieu dans la même direction que celle de la propagation.
    • Une onde mécanique nécessite un milieu matériel pour se propager tandis qu'une onde électromagnétique peut se propager dans le vide.
    Questions fréquemment posées en Onde mécanique

    Pourquoi une onde est mécanique ? 

    Une onde est mécanique parce qu'elle se propage dans un milieu matériel.

    Quelle est la différence entre une onde mécanique et une onde électromagnétique ? 

    Une onde électromagnétique n'a pas besoin de milieu matériel pour se propager, et peut le faire dans le vide. Tandis qu'une onde mécanique nécessite un milieu matériel pour se propager.

    Pourquoi la propagation d'une onde mécanique nécessite un milieu matériel ? 

    Une onde mécanique se propage dans un milieu matériel à travers l'oscillation des particules qui engendre l'oscillation d'autres particules en d'autres points, permettant à l'onde de se propager. Donc s'il n'y a pas de particules, il ne peut pas y avoir d'onde mécanique.

    Comment se propage une onde mécanique ? 

    Une onde mécanique perturbe le milieu matériel pour faire vibrer ou osciller ses particules. L'oscillation d'une particule en un point M, engendre l'oscillation d'une autre particule en un autre point M', ce qui permet à l'onde de se propager de proche en proche.

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    Quel type d'onde se déplace dans l'océan ?

    Qu'est-ce qu'une onde progressive ?

    Quelles ondes peuvent se déplacer dans le vide ?

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