le le mouvement des vagues Il consiste en la propagation d'une perturbation, appelée onde, dans un milieu matériel ou même dans le vide, s'il s'agit de lumière ou de tout autre rayonnement électromagnétique.
L'énergie se déplace en mouvement ondulatoire, sans que les particules du milieu ne s'éloignent trop de leur position, car la perturbation ne fait que les faire osciller ou vibrer en continu autour du site d'équilibre..
Et cette vibration est celle qui se transmet d'une particule à une autre au milieu, dans ce qu'on appelle un onde mécanique. Le son se propage de cette manière: une source comprime et dilate alternativement les molécules d'air, et l'énergie qui se déplace de cette manière est à son tour responsable de la mise en vibration du tympan, une sensation que le cerveau interprète comme un son..
Dans le cas de la lumière, qui n'a pas besoin de milieu matériel, c'est l'oscillation des champs électriques et magnétiques qui est transmise.
Comme on peut le voir, deux des phénomènes les plus importants pour la vie: la lumière et le son, ont un mouvement ondulatoire, d'où l'importance d'en savoir plus sur leur comportement..
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Les vagues ont plusieurs attributs caractéristiques que nous pouvons regrouper selon leur nature:
Regardons une représentation schématique d'une vague simple comme une succession périodique de crêtes et de vallées. Le dessin ne représente guère plus qu'un cycle ou ce qui est pareil: une oscillation complète.
Ces éléments sont communs à toutes les ondes, y compris la lumière et le son..
v = λ / T
Il existe différents types d'ondes, puisqu'elles sont classées selon plusieurs critères, par exemple elles peuvent être classées selon:
Une vague peut être de plusieurs types à la fois, comme nous le verrons ci-dessous:
Les particules qui composent le milieu ont la capacité de répondre de diverses manières à la perturbation, de cette manière elles se produisent:
Les particules du milieu oscillent dans une direction perpendiculaire à celle de la perturbation. Par exemple, si nous avons une corde horizontale tendue qui est perturbée à une extrémité, les particules oscillent de haut en bas, tandis que la perturbation se déplace horizontalement..
Les ondes électromagnétiques voyagent également de cette manière, qu'elles le fassent dans un milieu matériel ou non..
La propagation se fait dans le même sens que les particules dans le milieu. L'exemple le plus connu est le son, dans lequel la perturbation sonore comprime et dilate l'air au fur et à mesure qu'il se déplace, provoquant des mouvements de va-et-vient des molécules..
Ils nécessitent toujours un milieu matériel pour se propager, qui peut être solide, liquide ou gazeux. Le son est également un exemple d'onde mécanique, ainsi que les ondes qui sont produites dans les cordes tendues des instruments de musique et celles qui se propagent dans le monde entier: les ondes sismiques.
Les ondes électromagnétiques peuvent se propager dans le vide. Il n'y a pas de particules oscillantes, mais des champs électriques et magnétiques perpendiculaires entre eux et en même temps perpendiculaires à la direction de propagation..
Le spectre des fréquences électromagnétiques est très large, mais on perçoit à peine avec nos sens une bande étroite de longueurs d'onde: le spectre visible.
Selon la direction de propagation, les ondes peuvent être:
Si nous avons une corde tendue, la perturbation parcourt toute la longueur, c'est-à-dire dans une dimension. Cela se produit également lorsqu'un ressort ou un ressort flexible tel que le slinky.
Mais il y a des vagues qui se déplacent sur une surface, comme la surface de l'eau lorsqu'une pierre est jetée sur un étang ou celles qui se propagent dans la croûte terrestre, dans ce cas on parle d'ondes bidimensionnelles.
Enfin, il y a des ondes qui voyagent continuellement dans toutes les directions de l'espace comme le son et la lumière..
Les vagues peuvent traverser de vastes zones, telles que les ondes lumineuses, le son et les ondes sismiques. Au lieu de cela, d'autres sont limités à une région plus petite. C'est pourquoi ils sont également classés comme:
-Vagues itinérantes
-Vagues stationnaires.
Lorsqu'une onde se propage à partir de sa source et n'y revient pas, vous avez une onde progressive. Grâce à eux, nous entendons le son de la musique qui vient d'une pièce voisine et la lumière du soleil nous atteint, qui doit parcourir 150 millions de kilomètres dans l'espace pour éclairer la planète. Il le fait à une vitesse constante de 300000 km / s.
Contrairement aux ondes progressives, les ondes stationnaires se déplacent dans une région limitée, par exemple une perturbation dans la corde d'un instrument de musique tel qu'une guitare..
Les ondes harmoniques se caractérisent par le fait qu'elles sont cycliques ou périodiques. Cela signifie que la perturbation se répète à chaque intervalle de temps constant, appelé période vague.
Les ondes harmoniques peuvent être modélisées mathématiquement à l'aide des fonctions sinus et cosinus.
Si la perturbation ne se répète pas à chaque intervalle de temps, l'onde n'est pas harmonique et sa modélisation mathématique est beaucoup plus complexe que celle des ondes harmoniques..
La nature nous présente tout le temps des exemples de mouvement des vagues, parfois cela est évident, mais d'autres fois pas, comme dans le cas de la lumière: comment savons-nous qu'elle bouge comme une vague??
La nature ondulatoire de la lumière a été débattue pendant des siècles. Ainsi, Newton était convaincu que la lumière était un flux de particules, tandis que Thomas Young, au début du XIXe siècle, montrait qu'elle se comportait comme une onde.
Enfin, cent ans plus tard, Einstein affirmait, pour la tranquillité d'esprit de tous, que la lumière était double: onde et particule à la fois, selon que sa propagation est étudiée ou sa manière d'interagir avec la matière..
À propos, la même chose se produit avec les électrons de l'atome, ce sont aussi des entités doubles. Ce sont des particules, mais elles subissent également des phénomènes exclusifs aux ondes, comme la diffraction, par exemple.
Regardons maintenant quelques exemples quotidiens de mouvements évidents des vagues:
Un ressort souple, un ressort ou slinky Il se compose d'un ressort hélicoïdal avec lequel les ondes longitudinales et transversales peuvent être visualisées, en fonction de la façon dont il est perturbé par l'une de ses extrémités.
Lorsque vous appuyez sur un instrument tel qu'une guitare ou une harpe, vous observez les ondes stationnaires qui vont et viennent entre les extrémités de la corde. Le son de la corde dépend de son épaisseur et de la tension à laquelle elle est soumise.
Plus la corde est serrée, plus une perturbation se propage facilement à travers elle, tout comme lorsque la corde est plus fine. On peut montrer que le carré de la vitesse de l'onde vdeux est donné par:
vdeux = T / μ
Où T est la tension dans la corde et μ est sa densité linéaire, c'est-à-dire sa masse par unité de longueur.
Nous avons les cordes vocales, avec lesquelles les sons sont émis pour la communication. Sa vibration est perçue en plaçant les doigts sur la gorge en parlant.
Ils se propagent dans les corps océaniques à la frontière entre l'eau et l'air, et sont provoqués par les vents, qui font aller et venir de petites portions de liquide..
Ces oscillations sont amplifiées par l'action de diverses forces en plus du vent: frottement, tension superficielle dans le liquide et force de gravité toujours présente..
La Terre n'est pas un corps statique, car des perturbations se produisent à l'intérieur qui traversent les différentes couches. Ils sont perçus comme des tremblements et parfois, lorsqu'ils transportent beaucoup d'énergie, comme des tremblements de terre capables de causer beaucoup de dégâts.
Les théories atomiques modernes expliquent la structure de l'atome par analogie avec les ondes stationnaires.
Une onde sonore a une longueur d'onde égale à 2 cm et se propage à une vitesse de 40 cm en 10 s.
Calculer:
a) Sa vitesse
a) La période
b) Fréquence
On peut calculer la vitesse de l'onde avec les données fournies, puisqu'elle se propage à une vitesse de 40 cm en 10 s, donc:
v = 40 cm / 10 s = 4 cm / s
Auparavant, la relation entre la vitesse, la longueur d'onde et la période avait été établie comme suit:
v = λ / T
Par conséquent, la période est:
T = λ / v = 2 cm / 4 cm / s = 0,5 s.
Puisque la fréquence est l'inverse de la période:
f = 1 / T = 1 / 0,5 s = 2 s-1
L'inverse d'une seconde ou s-1 Il s'appelle Hertz ou Hertz et est abrégé Hz. Il a été donné en l'honneur du physicien allemand Heinrich Hertz (1857-1894), qui a découvert comment produire des ondes électromagnétiques.
Une corde est étirée sous l'action d'une force de 125 N. Si sa densité linéaire μ est de 0,0250 kg / m, quelle sera la vitesse de propagation d'une onde??
Auparavant, nous avions vu que la vitesse dépend de la tension et de la densité linéaire de la corde comme:
vdeux = T / μ
Donc:
vdeux = 125 N / 0,0250 kg / m = 5000 (m / s)deux
Prenant la racine carrée de ce résultat:
v = 70,7 m / s
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