Onde transversale

Propriétés des ondes transversales

La principale propriété qui sépare les ondes transversales de tous les autres types d'ondes est le fait qu'elles oscillent perpendiculairement à la direction de leur mouvement. Mais ce n'est pas la seule propriété que possède une onde transversale. Tout d'abord, une onde transversale aura toujours une distance entre ses hauts et ses bas, ou respectivement ses crêtes et ses creux. La position centrale, autour de laquelle les particules oscillent, est connue sous le nom de position de repos ou d'équilibre. La distance qui sépare une particule de sa position d'équilibre est appelée déplacement. Le déplacement maximal se produit lorsqu'une particule se trouve à une crête ou à un creux et s'appelle l'amplitude de l'onde. La distance entre deux crêtes ou deux creux successifs est appelée longueur d'onde de l'onde. La période d'une onde transversale est le temps qui s'écoule pour qu'une longueur d'onde entière soit complète, et la fréquence est le nombre de fois que ces périodes se produisent en l'espace d'une seconde. Toutes ces propriétés sont indiquées ci-dessous.

Une onde transversale dont toutes les propriétés sont indiquées.

Différence entre les ondes transversales et les ondes longitudinales

Si les ondes transversales existent d'un côté d'une pièce de monnaie, il est certain que de l'autre côté de cette pièce se trouvent les ondes longitudinales. Les ondes longitudinales sont très semblables aux ondes transversales, à une différence près. Alors que les particules des ondes transversales oscillent perpendiculairement à la direction du mouvement, les particules des ondes longitudinales se déplacent parallèlement à la direction du mouvement de l'onde. C'est la principale propriété qui distingue ces deux ondes, mais cette différence entraîne aussi d'autres différences entre elles. Un bon exemple d'ondes longitudinales est celui des ondes sonores, qui poussent vers l'avant les particules de l'air dans la même direction que celle dans laquelle l'onde sonore se déplace.

Comme une onde transversale oscille de haut en bas tout en se déplaçant de gauche à droite, elle agit dans deux dimensions différentes. Ce n'est pas le cas des ondes longitudinales, car elles n'agissent pas de haut en bas, mais seulement de gauche à droite. Cela signifie que les ondes longitudinales n'agissent jamais que dans une seule dimension.

Les ondes longitudinales peuvent être créées dans n'importe quel état de la matière, qu'il s'agisse d'un solide, d'un liquide ou d'un gaz. Les ondes transversales n'ont pas la même capacité, elles peuvent être créées dans les solides et à la surface d'un liquide, mais elles ne peuvent en aucun cas être produites dans les gaz.

Enfin, alors que nous savons que les ondes transversales ont des crêtes et des creux, les ondes longitudinales n'agissent pas vers le haut ou vers le bas, elles n'en ont pas. Au lieu de cela, elles ont des périodes dans leur onde avec plus et moins de compression, les points les plus élevés étant connus sous le nom de compressions, et les points les plus bas étant connus sous le nom de raréfactions. L'image ci-dessous montre une comparaison entre une onde transversale et une onde longitudinale. L'onde longitudinale est installée sur un slinky. Chaque boucle du slinky oscille de gauche à droite et l'onde se déplace parallèlement (soit à gauche, soit à droite).

Cette image montre la différence entre les ondes transversales et les ondes longitudinales, Flickr.com

Exemples d'ondes transversales

Nous savons donc ce que sont les ondes transversales et ce qu'elles font. Mais où peut-on les trouver et comment sont-elles utilisées ? Nous avons déjà abordé l'exemple le plus important d'une onde transversale, les ondes lumineuses. Tous les types de lumière visible sont constitués d'ondes transversales incroyablement minuscules qui voyagent jusqu'à tes yeux, te permettant ainsi de voir. Outre la lumière visible, toutes les ondes du spectre électromagnétique, des ultraviolets aux infrarouges, en passant par les rayons X et les rayons gamma, sont des ondes transversales.

Un autre bon exemple d'ondes transversales est quelque chose que tu peux essayer avec n'importe quelle étendue d'eau. Si tu jettes un caillou dans l'eau, ou si tu touches simplement la surface avec ton doigt, tu remarqueras des ondulations émergeant du point de contact avec l'eau. Ces ondulations sont des vagues transversales, le sommet de l'ondulation étant la crête, la trajectoire étant dirigée à l'opposé du point de contact. Pour cette raison, nous pouvons imaginer ces ondulations comme des sortes de petites vagues.

En parlant de vagues, les énormes vagues de tsunami peuvent être considérées à la fois comme des vagues transversales et des vagues longitudinales, selon la partie du cycle de vie de la vague que tu observes. Au début de la formation d'un tsunami, il s'agit d'une vague transversale, un tremblement de terre sous l'eau transmettant son énergie à l'eau, et la vague se déplace ainsi jusqu'à ce qu'elle atteigne la surface, où elle devient longitudinale. L'image ci-dessous montre la nature transversale d'un tsunami ou d'un raz-de-marée.

Un exemple de tsunami agissant comme une vague transversale. Wikimedia Commons

Enfin, et puisque nous parlons de tremblements de terre, ces catastrophes naturelles sont également de bons exemples d'ondes transversales ou du moins d'une partie de leur processus. Les ondes "S", que nous connaissons comme le mouvement rapide de haut en bas que nous ressentons lors d'un tremblement de terre, sont des ondes transversales. Lorsque l'énergie se propage vers l'extérieur à partir de l'épicentre et parallèlement à la surface de la Terre, les crêtes et les creux font osciller la roche et le sol de haut en bas, ce qui provoque cet effet.

L'équation des ondes transversales

Les ondes transversales possèdent de nombreuses propriétés et variables à déterminer. Par conséquent, une seule équation ne va pas nous donner toutes les données dont nous avons besoin pour bien comprendre une seule onde transversale. Cependant, voici deux équations particulièrement utiles :

\[f=\frac{1}{T}\]

Cette équation permet de calculer la fréquence \(f\) d'une onde transversale, mesurée en Hertz (\(\mathrm{Hz}\)). La variable \(\mathrm{T}\) est connue sous le nom de période de l'onde, qui est le temps nécessaire à l'onde pour accomplir un cycle complet, du début d'une crête à la fin du creux qui suit. Elle est mesurée en secondes (\(\mathrm{s}\)).

\N-[v=f \Nlambda \N]

Cette dernière équation est utilisée pour calculer la vitesse d'une vague et la vitesse à laquelle elle se déplace dans une direction spécifique, mesurée en mètres par seconde (\(\mathrm{m/s}\)). La variable \(\lambda\) est connue comme la longueur d'onde de l'onde, qui est la distance physique entre le début d'un cycle et le début du cycle suivant. Elle est mesurée en mètres (\(\mathrm{m}\)).