Ondes transversales et longitudinales

T'es-tu déjà demandé comment la lumière du soleil atteint la terre ? Ou comment nos oreilles détectent les bruits de l'environnement ? Dans les deux cas, l'énergie se déplace à travers une onde. 

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    La chaleur du soleil est transmise par une onde lumineuse. Ce transfert d'énergie s'effectue par le biais d'ondes. Ces mêmes ondes sont responsables de la connexion du globe par le biais des téléphones portables et d'autres formes de télécommunication. Nous pouvons voir de nombreux exemples d'ondes transmettant de l'énergie dans notre vie quotidienne. Dans cet article, nous allons aborder deux principaux types d'ondes qui peuvent être distinguées en fonction de leur mode d'oscillation. Il s'agit des ondes transversales et des ondes longitudinales.

    Que sont les ondes ?

    Une façon simple de visualiser la façon dont les ondes se déplacent est d'observer une corde oscillante. Attachez une extrémité de la corde à un point fixe et laissez l'autre extrémité libre. Déplacez l'extrémité libre de haut en bas et vous verrez que les ondes transmettent l'énergie cinétique.

    Les ondes sont des vibrations ou des perturbations qui transmettent de l'énergie avec ou sans milieu matériel.

    Les ondes peuvent être classées en deux types en fonction de la direction relative de l'oscillation et du transfert d'énergie :

    • Ondes longitudinales
    • Ondes transversales

    Ondes Longitudinales

    Dans une onde longitudinale, la vibration ou l'oscillation des particules dans le milieu est parallèle à la direction du déplacement de l'onde.

    Imagine que tu remplaces le morceau de corde par un ressort et qu'au lieu de le déplacer de haut en bas, les impulsions sont administrées de gauche à droite. Les ondes longitudinales se propagent à travers des régions de haute densité et de basse densité appelées compressions et dilatations dans le milieu. La compression peut également être considérée comme une région de haute pression et la dilatation comme une région de basse pression.

    Ondes Transversales et Longitudinales, Exemple ressort, StudySmarterFigure 1. Exemple d'ondes longitudinales dans un ressort. Les régions de plus forte densité du ressort sont appelées compressions et les régions de plus faible densité sont appelées raréfactions ou expansions. jackwestin.com

    Propriétés des ondes longitudinales

    • Les ondes longitudinales peuvent être transmises à travers tous les états de la matière.

    La raison pour laquelle nous ne pouvons pas entendre les sons dans l'espace est que l'énergie sonore est transmise sous la forme d'une onde longitudinale à travers un milieu ; comme l'espace est un vide, il n'y a pas de particules pour permettre la transmission des ondes longitudinales.

    Ondes Transversales et Longitudinales, Ondes sonores, StudySmarterFigure 2. Transmission des ondes sonores, silencewiki.com

    Les ondes sonores qui se propagent dans l'air sont un exemple d'ondes longitudinales. Lorsqu'un son est produit, il crée des vibrations dans les particules de l'air.

    Ces particules sont poussées les unes contre les autres, ce qui crée une région de compression. Puis, en raison de cette compression, une zone de dilatation à basse pression est créée juste à côté. Ce cycle se poursuit et les vibrations se propagent dans le milieu jusqu'à ce qu'elles soient détectées par nos oreilles.

    Ondes transversales

    Dans une onde transversale, la vibration ou l'oscillation est perpendiculaire à la direction du déplacement.

    Les ondes transversales se propagent par des pics et des creux. Le point le plus élevé au-dessus de la ligne neutre est le pic et le point de vibration le plus bas en dessous de la ligne neutre est le creux. Les ondulations de l'eau, les ondes lumineuses et les ondes radio sont des exemples d'ondes transversales. Le cas de la corde tendue et déplacée de haut en bas est un bon moyen de visualiser comment une onde transversale se propage dans un milieu.

    Ondes Transversales et Longitudinales, Corde vibrante, StudySmarterFigure 3. Exemple d'une onde transversale, jackwestin.com

    Propriétés des ondes transversales

    • Des ondes transversales peuvent se propager dans le vide.
    • Des ondes transversales peuvent également se propager à travers un solide ou un liquide.

    Les ondes électromagnétiques du soleil qui voyagent dans l'espace, dans le vide sont à la base de toute la vie sur Terre. Sans cela, la chaleur et la lumière du soleil ne pourraient pas atteindre la surface de la Terre.

    Caractéristiques d'une onde

    Ces caractéristiques peuvent être utilisées pour décrire et identifier différentes ondes. Elles sont équivalentes à la description d'un être humain à l'aide de ses caractéristiques physiques telles que la taille, le poids, etc.

    Amplitude

    L'amplitude définit la vibration maximale d'une onde ou d'une particule vibrante par rapport à l'axe neutre ou à la position de repos.

    Longueur d'onde

    La longueur d'onde, généralement désignée par la lettre grecque "Lambda" (\(\lambda\)), est la distance parcourue par l'onde en un cycle.

    Un cycle peut être défini comme l'achèvement d'une crête et d'un creux dans une onde transversale. L'unité SI pour la distance est le mètre \(m\).

    Fréquence

    La fréquence \(f\) indique le nombre de cycles qu'une onde accomplit en une seconde ou, en d'autres termes, le nombre de longueurs d'onde accomplies en une seconde.

    Elle est mesurée en Hertz et est donnée par l'équation suivante : \[f=\frac{V}{\lambda}\] \(V\) étant la vitesse de propagation de l'onde et \(\lambda\) la longueur d'onde.

    Période

    Désigné par, le temps mis par une onde pour accomplir un cycle (crête – creux pour les ondes transversales) ou (compression – raréfaction pour les ondes longitudinales). Il est également égal à l'inverse de la fréquence et se mesure en secondes. \[T=\frac{1}{f}\]

    Voyons maintenant un exemple simple pour appliquer ces formules.

    Calculer la longueur d'onde d'une onde sonore dont la fréquence est de \(600 Hz\). La vitesse du son dans l'air est de \(300 m/s\).

    En utilisant la relation entre la longueur d'onde et la fréquence : \[V=\lambda.f \rightarrow \lambda = \frac{V}{f}\] \[\rightarrow \lambda = \frac{330}{600} = 0.55 m\]

    Ondes Transversales et Longitudinales - Points clés

    • Les ondes sont un mode de transport de l'énergie sans transport de matière.
    • Dans une onde longitudinale, la vibration ou l'oscillation est parallèle à la direction du déplacement.
    • Dans une onde transversale, la vibration ou l'oscillation est perpendiculaire aux directions de déplacement.
    • L'amplitude définit la vibration maximale d'une onde ou d'une particule vibrante par rapport à l'axe neutre ou à la position de repos.
    • La longueur d'onde, généralement désignée par \(\lambda\), est la distance parcourue par l'onde en un cycle.
    • La fréquence\(f\) indique le nombre de cycles qu'une onde accomplit en moins d'une seconde.
    • Le temps mis par une onde pour accomplir un cycle est appelé période de temps et est noté par \(T\).
    Questions fréquemment posées en Ondes transversales et longitudinales

    Comment savoir si une onde est longitudinale ou transversale ? 

    Si l'onde cause une vibration parallèle à la direction de propagation, alors elle est longitudinale. Et, si elle cause une vibration orthogonale à la direction de propagation, alors elle est transversale.

    Pourquoi l'onde est dite transversale ?

    Le mot "transversale" désigne l'orthogonalité, une onde est transversale lorsqu'elle incite les particules du milieu à osciller perpendiculairement à sa direction de propagation.  

    Pourquoi le son est une onde longitudinale ?  

    Le son nécessite un milieu matériel pour se propager. De plus, il le fait de proche en proche, par des compressions successives des molécules de l'air, tout comme une série de dominos, jusqu'à atteindre l'oreille.

    Quelle est la nature d'une onde sonore ? 

    C'est une onde de pression. Elle est longitudinale.

    Comment montrer qu'une onde est transversale ?  

    Si elle peut se déplacer dans un milieu matériel et dans le vide, tout comme la lumière ou les ondes électromagnétiques en général.  

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    Les ondes transmettent de l'énergie

    Exemple d'une onde longitudinale 

    Exemple d'une onde transversale

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