1/N Anne Borgeaud - Gianni Mocellin Straco www

1/N
Ondes
Anne Borgeaud - Gianni Mocellin
Straco
www.straco.ch
2009
2/N
Déformations .............................................................................................................................3
Porteurs ......................................................................................................................................3
Fréquences .................................................................................................................................3
Oscillations.................................................................................................................................4
Champs.......................................................................................................................................5
3/N
Déformations
Les ondes sont des déformations qui se propagent.
En fait ce sont les propagations de ces déformations qui sont décrites comme des ondes, ce
qui se déplace étant le milieu qui se déforme.
Porteurs
Pour qu'une onde existe il faut que quelque-chose bouge, se déforme.
Un perturbation autour d'un point d'équilibre introduite en un certain point par une source se
propage d'elle-même dans le porteur.
Quand le porteur se déplace perpendiculairement à l'onde, on parle d'ondes transverses et
quand le porteur se déplace dans la même direction que l'onde longitudinales.
Parfois, rien ne bouge, comme dans le cas des ondes électromagnétiques.
Fréquences
Si on impose une perturbation très lente à un porteur élastique, on y injecte de l'énergie pour
le déformer. Si on revient très lentement à la position initiale, l'énergie est pratiquement toute
restituée par le porteur.
Aucune onde n'apparait dans le milieu lors d'un tel processus.
Si on répète ce processus rapidement, il faut plus d'énergie pour déformer le porteur et elle
n'est pas toute restituée lors du retour à l'équilibre.
Une partie de l'énergie a donc disparu: elle est partie avec l'onde. Les ondes sont donc une
représentation d'un transport d'énergie.
Cette énergie peut être absorbée en un autre point et utilisée pour activer quelque-chose.
Plus la déformation est rapide à la source et plus l'onde transporte d'énergie:
Energie ∝ Fréquence
Lorsqu'on modifie la forme de la perturbation à la source, la seule chose qui change et la taille
ou la forme de l'onde, mais pas sa vitesse. Cette dernière ne dépend que de la nature du
porteur qui se déforme:
4/N
Vitesse ∝ Nature du porteur
Oscillations
Quand une grandeur change de manière périodique, comme la position d'un objet ou la forme
d'un porteur, par exemple, on parle d'oscillation.
Une oscillation peut avoir diverses formes. Le changement dans le temps peut prendre la
forme d'une dent de scie ou une sinusoïde, par exemple.
La durée nécessaire pour revenir à la position ou à la forme initiale est appelé période T de
l'oscillation.
Période
T
s
Au lieu d'utiliser la période T pour se représenter la vitesse de mouvement ou de déformation
on peut utiliser le concept complémentaire qu'est la fréquence f .
Fréquence =
f =
1
Période
1
T
n • s−1 =
1
s
La période indique la durée en unités de temps pour revenir à la position initiale alors que la
fréquence indique le nombre d'oscillations ayant lieu par unité de temps.
Si l'unité de temps est la seconde, l'unité de fréquence est le Hertz, le nombre de fois par
seconde.
Pour provoquer une déformation périodique, la source doit avoir un mouvement particulier:
son mouvement doit lui-même être périodique.
La déformation du porteur a la même forme que le mouvement de la source mais transversal
ou longitudinale selon la nature du déplacement.
Si on considère deux points correspondant au départ et au retour de la source à son point de
départ, on parle de longueur d'onde λ .
5/N
Si la source nécessite une période de durée T pour revenir à sa position de départ et que l'on
constate une longueur d'onde λ pour que le porteur retrouve sa position initiale, la vitesse de
propagation de l'onde vaut:
Vitesse =
Longueur d'onde
Période
v=
λ
T
m • s−1 =
m
s
Si on remplace la période de durée T par la fréquence:
Vitesse = Longeur d'onde • Fréquence
v =λ• f
m • s−1 = m •
n
s
Champs
Quand on produit une perturbation à une source et que le porteur est un champ, de l'énergie
s'écoule dans le champ et revient à la source lors du retour de cette dernière à son point de
départ.
Si la perturbation est instantanée une onde se crée dans le champ et se propage.
Si le retour de la source à sa position initiale est instantanée, il cause à nouveau une
perturbation dans le champ ce qui provoque une nouvelle onde qui va se propager dans le
champ.
Pour savoir si une perturbation a été générée il suffit d'avoir un appareil qui réagit à l'arrivée
de l'onde, une antenne en quelque sorte.
Chaque fois qu'une onde générée à l'émetteur arrive au récepteur elle est détectée par
l'antenne.
Pour les réalités physiques représentées par un champ la question se pose de savoir quel est le
porteur de l'onde puisque les ondes se propagent directement dans le cadre dans lequel le
champ est défini et que celui-ci est vide de porteur.
Autrefois on donna à ce porteur purement conceptuel le nom de "ether" mais il provoqua tant
de polémiques qu'on finit par utiliser le nom de "vide" (vacuum), mot qui signifie simplement
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"cadre vide" (empty frame). On parle donc de propoagation d'onde dans le vide lorsque le
porteur en question est un champ.
Un cadre vide ne signifie donc pas un cadre vide de champ mais un cadre vide de porteur. En
d'autre termes, un cadre vide de matière peut toujours contenir des champs.
Pour qu'un réalité emmette une onde dans un champ, il faut que sa fréquence soit non nulle.
Par exemple, dans l'univers réel, la vitesse de propagation d'une onde dans le champ que l'on
appelle "vide" est de 300'000 km • s−1 .
Ce qui y différencie les ondes, puisque leur vitesse est fixe, ne peut être que leur longueur
d'onde (ou leur période ou leur fréquence selon les phénomènes étudiés). C'est elle qui fait
tout la différence quand ces ondes sortent du champ pour influencer la matière.