Les ondes sont des perturbations qui se propagent dans l'espace sans transporter de matière, seulement de l'énergie.
L'élément qui provoque une vague s'appelle une source, par exemple, une pierre jetée dans les eaux d'une rivière va générer des vagues circulaires.
Ondes circulaires à la surface d'un liquide
Des exemples d'ondes sont: les ondes marines, les ondes radio, le son, la lumière, les rayons X, les micro-ondes, entre autres.
La partie de la physique qui étudie les ondes et leurs caractéristiques est appelée ondulatoire.
Caractéristiques des vagues
Pour caractériser les ondes, nous utilisons les quantités suivantes :
- Amplitude: correspond à la hauteur de la vague, marquée par la distance entre le point d'équilibre (de repos) de la vague et la crête. Notez que la « crête » indique le point maximum de la vague, tandis que la « vallée » représente le point minimum.
- Longueur d'onde: Représenté par la lettre grecque lambda (λ), c'est la distance entre deux vallées ou crêtes successives.
- La vitesse: représenté par la lettre (v), la vitesse d'une onde dépend du milieu dans lequel elle se propage. Ainsi, lorsqu'une onde change de milieu de propagation, sa vitesse peut changer.
- La fréquence: représenté par la lettre (f), dans le système international la fréquence est mesurée en hertz (Hz) et correspond au nombre d'oscillations d'ondes dans un intervalle de temps donné. La fréquence d'une onde ne dépend pas du milieu de propagation, seulement de la fréquence de la source qui a produit l'onde.
- Cours du temps: représentée par la lettre (T), la période correspond au temps d'une longueur d'onde. Dans le système international, l'unité de mesure de la période est la seconde (s).
Types de vagues
En ce qui concerne la nature, il existe deux types d'ondes :
- Ondes mécaniques: pour que la propagation se produise, les ondes mécaniques ont besoin d'un support matériel, par exemple, les ondes sonores et les ondes sur une corde.
- Ondes électromagnétiques: dans ce cas, il n'est pas nécessaire qu'il y ait un support matériel pour que l'onde se propage, par exemple les ondes radio et la lumière.
Classification des vagues
Selon direction de propagation des ondes, ils sont classés en :
-
Ondes unidimensionnelles: ondes qui se propagent dans une direction.
Exemple: des vagues sur une corde. -
ondes bidimensionnelles: ondes qui se propagent dans deux directions.
Exemple: ondes se propageant à la surface d'un lac. -
ondes tridimensionnelles: ondes qui se propagent dans toutes les directions possibles.
Exemple: ondes sonores.
Les vagues peuvent également être classées selon sens des vibrations:
-
Vagues longitudinales: la vibration de la source est parallèle au déplacement de l'onde.
Exemple: ondes sonores
-
Ondes transversales: la vibration est perpendiculaire à la propagation de l'onde.
Exemple: vague sur une ficelle.
Formules
Relation entre période et fréquence
La période est l'inverse de la fréquence.
Ainsi:
vitesse de propagation
La vitesse peut également être calculée en fonction de la fréquence, en substituant la période à l'inverse de la fréquence.
On a:
Exemple
Quelle est la période et la vitesse de propagation d'une onde qui a une fréquence de 5 Hz et une longueur d'onde de 0,2 m ?
Comme la période est l'inverse de la fréquence, alors :
Pour calculer la vitesse, nous utilisons la longueur d'onde et la fréquence, comme ceci :
Phénomènes ondulants
Réflexion
Une onde se propageant dans un certain milieu lorsqu'elle rencontre un obstacle peut subir une réflexion, c'est-à-dire inverser le sens de propagation.
Lors de la réflexion, la longueur d'onde, la vitesse de propagation et la fréquence de l'onde ne changent pas.
Un exemple est lorsqu'une personne crie dans une vallée et entend quelques secondes plus tard l'écho de sa voix.
Grâce à la réflexion de la lumière, nous pouvons voir notre propre image sur une surface polie.
Image reflétée dans la surface calme d'un lac
Réfraction
La réfraction est un phénomène qui se produit lorsqu'une onde modifie le milieu de propagation. Dans ce cas, une modification de la valeur de la vitesse et de la direction de propagation peut se produire.
Les vagues sur une plage se brisent parallèlement au rivage, dues au phénomène de réfraction. Le changement de profondeur de l'eau (milieu de propagation) fait changer la direction des vagues, les rendant parallèles au rivage.
Diffraction
Les vagues contournent les obstacles. Lorsque cela se produit, nous disons que l'onde a été diffractée.
La diffraction nous permet d'entendre, par exemple, une personne de l'autre côté d'un mur.
Lors du passage à travers un obstacle, les ondes sont dispersées.
Ingérence
Lorsque deux ondes se rencontrent, une interaction se produit entre leurs amplitudes appelée interférence.
Les interférences peuvent être constructives (augmentation d'amplitude) ou destructives (diminution d'amplitude).
ondes stationnaires
Les ondes stationnaires résultent de la superposition d'ondes périodiques égales et de directions opposées.
Lorsque des interférences constructives et destructives se produisent, elles présentent des points qui vibrent et d'autres qui ne vibrent pas.
On peut produire des ondes stationnaires sur une corde à bouts fixes, par exemple sur les cordes d'une guitare.
Tout savoir sur :
- Les ondes sonores
- Vitesse du son
- Vitesse de la lumière
- Énergie
- ondes gravitationnelles
- Formules de physique
Exercices d'examen d'entrée
1. (ENEM - 2016)
L'électrocardiogramme, un examen utilisé pour évaluer l'état du cœur d'un patient, est un enregistrement de l'activité électrique du cœur sur une certaine période de temps. La figure représente l'électrocardiogramme d'un patient adulte reposé et non-fumeur dans un environnement à température agréable. Dans ces conditions, une fréquence cardiaque comprise entre 60 et 100 battements par minute est considérée comme normale.
Sur la base de l'électrocardiogramme présenté, il est identifié que la fréquence cardiaque du patient est
pas normal.
b) au-dessus de la valeur idéale
c) en dessous de la valeur idéale
d) proche de la limite inférieure
e) proche de la limite supérieure
Alternative c) en dessous de la valeur idéale
2. (ENEM 2013)
Lors d'un voyage en avion, il est demandé aux passagers d'éteindre tous les appareils dont le fonctionnement implique l'émission ou la réception d'ondes électromagnétiques. La procédure est utilisée pour éliminer les sources de rayonnement qui pourraient interférer avec les communications radio des pilotes avec la tour de contrôle.
La propriété des ondes émises qui justifie la procédure adoptée est le fait que
a) ont des phases opposées
b) être à la fois audibles
c) ont des intensités inverses
d) être de la même gamme
e) ont des fréquences proches
Alternative e) avoir des fréquences proches
3. (ENEM 2013)
L'ola mexicaine est une manifestation courante des supporters dans les stades de football. Les spectateurs d'une ligne, sans quitter leur place et sans se déplacer latéralement, se tiennent debout et assis, synchronisés avec ceux de la ligne adjacente. L'effet collectif se propage à travers les spectateurs du stade, formant une vague progressive, comme le montre l'illustration.
On estime que la vitesse de propagation de cette « onde humaine » est de 45 km/h, et que chaque période d'oscillation contient 16 personnes, qui se tiennent debout et s'assoient soigneusement et espacées de 80 cm les unes des autres.
Dans cet ola mexicain, la fréquence de l'onde, en hertz, est une valeur plus proche de
a) 0,3
b) 0,5
c) 1,0
d) 1.9
e) 3.7
Variante c) 1,0
