LES ONDES

« La manière la plus simple de 'isualiser une onde est de jeter une pierre dans une étendue d'eau stagnante et d'observer les Mes à sa surface : une succession de creux et de bosses qui se propage en cerde autour du point de chute de la pierre.

Il existe une grande variété d'ondes, impliquées dans divers phénomènes physiques : ondes mécaniques (vagues à la surface de l'eau, vibrations mécaniques, ondes sonores, ondes sismiques ...

), ondes électromagnétiques, ondes de spin atomique.

Les ondes sonores (acoustiques) et électromagnétiques sont celles que longuou d'onde (m) 10L 3.A 1,7 ~(Hz) 100 :IOO élevée, plus la longueur d'onde est courte.

Si L est la longueur d'onde, F la ~uence et V la vitesse de propagation de l'onde, on peut écrire: L=.ï.

F T :........

A : ......

Les ondes les plus simples peuvent être représentées par une c..te ~(dont la forme générale est la ~ que celle de la fonction mathématique sinus).

Une onde complexe peut toujours être décomposée en une superposition d'un nombre plus ou moins grand d'ondes sinusoïdales simples (transformation de Fourier).

nous connaissons le mieux parce Ella 8-111 qu'elles font partie de notre Ce phénomène fut prédit et environnement immédiat : nous découvert par le physicien autrichien écoutons de la musique et nous Christian Doppler en 1842.

Sa parlons (ondes acoustiques), nous première expérience de voyons le soleil et nous allumons la confirmation fut à la lois simple et lumière lorsqu'il fait nuit (ondes indiscutable.

11 demanda à des électromagnétiques).

trompettistes de jouer de leur -----------4 instrument dans un train en marche.

GÉNÉRALITÉS SUR LES ONDES Une onde est une variation périodique d'une grandeur physique quelconque qui se propage dans toutes les directions à partir de sa source (mais des dispositifs divers permettent de générer des ondes unidirectionnelles).

Elle peut être caractérisée par des valeurs fondamentales comme son amplitude, sa longueur d'onde, sa fréquence.

• L'amplitude est la différence entre la valeur maximale et la valeur minimale de la grandeur considérée.

• La longueur d'onde est la distance entre deux valeurs maximales ou minimales (longueur du cyde).

• La période est l'intervalle de temps écoulé entre deux valeurs maximales ou minimales.

La fréquence est déduite de la période et correspond au nombre de périodes par seconde (son unité de base est le hertz.

symbole : Hz).

Toutes ces valeurs sont liées entre elles.

Ainsi, plus la fréquence est Pendant ce temps, les expérimentateurs se placèrent au bord de la voie.

attendant le passage du convoi.

Lorsque les musiciens passèrent.

ils entendirent clairement un son plus aigu à son approche, normal à son passage et plus grave pendant son éloignemenl C'est un phénomène courant de nos jours et tout le monde a déjà pu le constater en de multiples occasions (par exemple au passage d'une sirène d'ambulance).

'.explication de l'effet Doppler est relativement simple.

Dans le cas d'un son, les ondes sonores sont comprimées dans le sens de déplacement de l'émetteur.

La longueur d'onde étant plus courte, le son est plus aigu.

C'est exactement le contraire qui se produit dans le sens inverse du déplacement de l'émetteur.

Dans ce cas, les ondes sont étirées.

La longueur de l'onde étant plus importante, le son est plus grave.

Dans les cas les plus simples, le décalage de ~uenœ se calcule grace à la fonnule suivante : C : célérité (vitesse) de propagation de l'onde V0 : vitesse de l'émetteur Fe : fréquence du son Fp : fréquence perçue En 1848, le physicien Hippolyte F"1Ieau étend cette découverte à la propagation de la lumière .

Dans ce cas, un observateur situé en avant de l'émetteur voit la longueur d'onde de lumière visible décalée vers le bleu (les courtes longueurs d'onde).

Par contre, si la source s'éloigne de l'observateur, ce dernier observe un décalage vers le rouge (les grandes longueurs d'onde).

Oe manière pratique, en particUier en astronomie.

reffet Ooppler.faeau pennet de déleder le mouvement des corps célestes et d'esliner leur vitesse, le décalage observé (veis le rouge) étant lié à la vtesse à laquelle is s'éloignent.

llllllRmlm Si deux ondes se propagent dans oo même milieu, elles se rencontrent fatalement à un moment ou à un autre.

En tous points de leur rencontre, elles vont interférer.

L'amplitude observée résulte de cette interaction.

Le cas le plus simple est celui de deux ondes de même fréquence se propageant à 1a surface de reau.

Les amplitudes s'addmnnent lorsque les ondes se rencontrent et l'on constate une modification de la figure dassique des œrdes d'onde.

Certains points montrent une variation d'allllli1ude plus importante et d'autres une variation moins impollante.

Dans le cas particulier où la distance entre les deux sources diffèrent d'une demi~ngueur d'onde, certains points seront en opposition de phase et leur variation d'amplitude sera nulle.

Si les ondes en présence ont des fréquences et des amplitudes différentes, la valeur des oscillations en chaque point montre une répartition un peu plus complexe.

ouwrtura élroita OUV8ftufe large (pat rapport à la longueur If onde) Ce phénomène se produit lorsqu'tme onde rencontre un obstacle possédant une ouverture.

Si cette ouverture est inférieure à la taille de ..

la longueur d'onde, l'onde est ,,.

propagée de l'autre côté comme si 1 00 l'ouverture éta~ une nouvelle source ., de vibration.

Par contre, si cette '" ouverture est largement supérieure à ..

la longueur d'onde, elle se propagera '" sans grande modification.

.1 -.....

-- toO 1000 3000 llOOO 1 0 000 ...

Appliqué à l'acoustique et aux ondes sonores, cela signifie que les sons aigus deviennent des sources ponctuelles au passage d'une porte (diffraction importante) tandis que les sons graves sont peu affectés.

Le phénomène de diffraction est également mis en jeu lorsque l'onde rencontre un obstade.

Grace à la diffraction, un son peut contourner un obstacle et être perçu par les personnes situées derrière lui.

Ce phénomène de d"Jffraction est décrit par 1a loi d'Huygens qui stipule : • Chaque point d'un front d'onde peut être considéré comme une source ponctuelle d'onde se déplaçant dans la même direction de propagation que l'onde initiale.

Le front suivant s'obtient en faisant la résultante de ces nouvelles ondes.

• Ce phénomène est aussi décrit pour les ondes lumineuses.

Il a ~été obselvé depuis le XYlr siède.

Si une source lumineuse passe à travers une fente très étroite, des franges lumineuses , alternativement sombres et daires, apparaissenl La première interprétation de ces franges a été réalisée par le physicien français Augustin Fresnel (178&-1827).

LES ONDES SONORES L'onde sonore est générée par le mouvement oscillatoire d'un CO!JlS (vibration d'une corde vocale, vibration de la membrane d'un haut­ parleur ...

).

Ce mouvement affecte les atomes et les molécules environnants qui s'agitent parallèlement a la direction de propagation de l'onde.

Pour cette raison, le son est qualifié d'onde longitudinale.

Les atomes et les molécules conservent la mème position (ou à peu près) en oscillant autour d'une position d'équilibre.

Après le passage de l'onde, chacun d'eux revient à sa position initiale.

L'onde sonore étant propagée par les atomes, elle ne peut exister que dans un milieu matériel (air, liquide ou solide).

Le son ne peut donc pas se propager dans le vide de l'espace : les navettes interstellaires et autres vaisseaux de l'espace ne font pas le moindre bruit sur leur passage.

Un son peut être caractérisé par sa fréquenœ.

L'oreille humaine est sensible aux fréquences comprises entre 20 Hz et 20 000 Hz.

Les infrasons commencent au-dessous de 20 Hz et les Utrasons au-dessus de 20 000 Hz.

L'oreille a une efficacité maximale pour les fréquences comprises entre 500 Hz et 5 000 Hz.

Un son naturel est un mélange complexe d'ondes sonores sinusoîdales, de fréquences, de phases et d'intensités variables.

Un bruit blanc.

produn par un appareil électronique, comporte toutes les fréquences audibles du spectre.

Pour les musiciens, la fréquence correspond à la hauteur d'une note.

Le • la •, par exemple, est une vibration dont la fréquence est de 440 Hz.

La ~uence du • la • de l'octave inférieure est de 220 Hz tandis que celui de l'octave supérieure est de 880 Hz.

Si un appareil électronique est capable de produire un son pur ayant une fréquence unique (c'est-à-. »