Définition
Onde
Une onde est une perturbation qui se propage dans un milieu, transportant de l'énergie sans transporter de matière. Elle peut être mécanique, comme les ondes sonores, ou électromagnétique, comme la lumière.
Longueur d'onde
La longueur d'onde est la distance entre deux points équivalents consécutifs d'une onde, tels que deux crêtes ou deux creux. Elle est généralement notée λ (lambda) et est exprimée en mètres (m).
Fréquence
La fréquence d'une onde est le nombre de cycles ou oscillations que l'onde effectue par unité de temps. Elle est exprimée en hertz (Hz) et est inversement proportionnelle à la période de l'onde.
Amplitude
L'amplitude d'une onde est la valeur maximale de déplacement d'un point de l'onde par rapport à sa position d'équilibre. Elle indique l'intensité ou la puissance de l'onde.
Phase
La phase d'une onde décrit la position de l'onde par rapport au temps. Elle est généralement exprimée en radians ou en degrés et permet de déterminer le déphasage entre deux ondes.
Relations générales
Les relations générales des ondes comprennent la vitesse de propagation, qui est la distance parcourue par l'onde par unité de temps. Elle est déterminée par la relation v = λ × f où v est la vitesse, λ la longueur d'onde et f la fréquence.
Le son
Le son est une onde mécanique longitudinale qui se propage dans un milieu matériel (gaz, liquide, solide). Sa vitesse dépend du milieu traversé; dans l'air elle est d'environ 343 m/s à 20°C. Les caractéristiques du son incluent la hauteur (liée à la fréquence), le timbre (caractéristique qualitative) et l'intensité (liée à l'amplitude).
Phénomène de diffraction
La diffraction est le phénomène par lequel une onde change de direction en rencontrant un obstacle ou une ouverture dont les dimensions sont comparables à sa longueur d'onde. Ce phénomène est observable avec toutes les ondes, y compris la lumière et le son.
Figures de diffraction
Les figures de diffraction sont les motifs de lumière ou de son créés lorsque les ondes passent à travers une ouverture ou autour d'un obstacle. Ils se caractérisent par des zones d'intensité maximale et minimale. Ces motifs dépendent des caractéristiques de l'onde et de l'objet diffractant.
Les interférences
L'interférence est le phénomène qui se produit lorsque deux ondes se superposent, créant une nouvelle onde résultante. Cette onde peut être plus forte ou plus faible, selon que les ondes d'origine sont en phase ou en opposition de phase.
Interférences constructives et destructives
Les interférences constructives se produisent lorsque des ondes en phase se combinent pour former une onde de plus grande amplitude. Les interférences destructives se produisent lorsque des ondes en opposition de phase se combinent, réduisant l'amplitude globale.
Cas de la lumière
La lumière est une onde électromagnétique qui peut également subir des phénomènes d'interférences et de diffraction. Lorsqu'elle passe à travers des fentes ou autour de petits objets, des figures de diffraction peuvent être observées, menant à des motifs d'interférence constructive et destructrice.
Sources cohérentes
Deux sources sont dites cohérentes si elles émettent des ondes de même fréquence et si leur déphasage reste constant dans le temps. Les interférences visibles et stables sur le temps nécessitent des sources cohérentes.
Lumière monochromatique
La lumière monochromatique est une lumière constituée d'une seule longueur d'onde. Elle est utilisée pour observer de manière précise les phénomènes de diffraction et d'interférence car elle produit des motifs clairs et réguliers.
Lumière blanche
La lumière blanche est composée de toutes les couleurs du spectre visible, chacune avec ses propres longueurs d'onde. Lorsqu'elle subit des phénomènes de diffraction ou d'interférence, elle se décompose en un spectre de couleurs.
Définition
Effet Doppler
L'effet Doppler est le changement de fréquence ou de longueur d'onde d'une onde observée lorsqu'il y a un mouvement relatif entre la source de l'onde et l'observateur.
Application à l’astronomie
Dans l'astronomie, l'effet Doppler est utilisé pour déterminer le mouvement des étoiles et des galaxies. Le décalage vers le rouge indique que l'objet s'éloigne de l'observateur, tandis que le décalage vers le bleu indique un rapprochement.
Expression du décalage Doppler
Le décalage Doppler se calcule en utilisant la formule Δλ/λ = v/c, où Δλ est le changement de longueur d'onde, λ est la longueur d'onde originale, v est la vitesse relative de la source par rapport à l'observateur, et c est la vitesse de la lumière.
A retenir :
En résumé, les ondes sont des perturbations transportant de l'énergie. Elles possèdent des caractéristiques telles que la longueur d'onde, la fréquence et l'amplitude. Divers phénomènes tels que la diffraction, les interférences et l'effet Doppler leur sont associés, avec des applications pratiques allant de l'acoustique à l'astronomie.
