Définition
Onde mécanique
Une onde mécanique est une perturbation qui se propage dans un milieu matériel élastique, sans transport de matière mais avec transport d'énergie.
Longueur d'onde
La longueur d'onde est la distance entre deux points consécutifs de l'onde qui vibrent en phase identique. Elle est souvent notée λ (lambda).
Fréquence
La fréquence est le nombre de vibrations ou cycles par unité de temps. Elle est mesurée en hertz (Hz).
Vitesse de propagation
La vitesse de propagation est la distance parcourue par une onde dans l'unité de temps. Elle dépend du milieu traversé et est mesurée en mètres par seconde (m/s).
Propagation des ondes mécaniques
Les ondes mécaniques nécessitent un milieu matériel pour se propager. Ce milieu peut être solide, liquide ou gazeux. Lorsqu'une onde se propage, elle transfère de l'énergie à travers ce milieu sans transporter de matière. Cela signifie que les particules du milieu oscillent autour de leur position d'équilibre sans être déplacées globalement. Par exemple, les vagues dans l'eau sont des ondes mécaniques où l'eau oscille verticalement tout en restant globalement immobile.
Caractéristiques des ondes mécaniques
Longueur d'onde
Chaque type d'onde mécanique se caractérise par sa longueur d'onde, notée λ. Cette longueur d'onde détermine la distance entre deux crêtes (ou deux creux) consécutives de l'onde. En se propageant, l'onde transporte de l'énergie sur une distance égale au produit de la longueur d'onde et du nombre de cycles effectués.
Fréquence et période
La fréquence, notée f, correspond au nombre de cycles que l'onde effectue par unité de temps. Elle est l'inverse de la période (T), le temps pris pour accomplir un cycle complet : f = 1/T. Ces grandeurs sont essentielles pour décrire le comportement temporel des ondes mécaniques.
Types d'ondes mécaniques
Ondes transversales
Dans une onde transversale, les oscillations du milieu sont perpendiculaires à la direction de propagation de l'onde. Un exemple classique est celui des vagues à la surface de l'eau.
Ondes longitudinales
Dans une onde longitudinale, les oscillations se produisent dans la même direction que la propagation de l'onde. Les ondes sonores sont un exemple typique de ce type d'onde, où les compressions et dilatations se propagent dans l'air.
Vitesse de propagation des ondes mécaniques
La vitesse de propagation d'une onde mécanique dépend des propriétés du milieu traversé, telles que sa densité et son élasticité. Dans les solides, la vitesse est généralement plus élevée que dans les liquides et les gaz, en raison des liaisons plus fortes entre les particules. La vitesse de propagation v est déterminée par la relation v = λf, reliant la longueur d'onde et la fréquence.
A retenir :
Les ondes mécaniques sont une perturbation élastique qui se propage dans un milieu matériel, transportant de l'énergie sans déplacement de matière. Elles se caractérisent par leur longueur d'onde, leur fréquence et leur vitesse de propagation, chacune dépendant du milieu traversé. Les ondes mécaniques peuvent être transversales, où les oscillations sont perpendiculaires à la direction de propagation, ou longitudinales, avec des oscillations parallèles à la direction de propagation.
