La classification des ondes (notions avancées)
Secondaire 3
Une onde est une perturbation temporaire transportant de l’énergie dans une direction donnée.
Certaines ondes se propagent uniquement dans un milieu composé de matière; il s’agit des ondes mécaniques. D’autres ondes peuvent être propagées dans un milieu constitué de vide; il s’agit des ondes électromagnétiques.
De plus, la perturbation peut être perpendiculaire ou parallèle à la direction de l’onde. Selon le cas, on décrit l’onde comme étant transversale ou longitudinale.
Dans le tableau ci-dessous, on retrouve des ondes appartenant à diverses catégories. Clique sur les liens dans le tableau pour en apprendre davantage.
| Les ondes selon le milieu de propagation | |||
| Les ondes mécaniques | Les ondes électromagnétiques | ||
| Les ondes selon leur direction de propagation | Les ondes transversales |
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| Les ondes longitudinales |
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Ø | |
Une onde appartient toujours à deux catégories. Par exemple, les ondes radio sont à la fois des ondes électromagnétiques et des ondes transversales.
La classification des ondes selon leur milieu de propagation
Les ondes mécaniques
Une onde mécanique se propage grâce au déplacement des particules qui composent un milieu.
Lors du passage d’une onde mécanique, la position des particules est temporairement modifiée, ce qui force le déplacement des particules avoisinantes et ainsi de suite. Ainsi, l’énergie est transportée et l’onde progresse dans une direction donnée.
Une fois l’onde passée, les particules retrouvent leur position initiale. Une onde mécanique transporte donc de l’énergie en déplaçant temporairement les particules d’un milieu, sans toutefois transporter ces particules.
L’agitation d’une corde d’entrainement est un exemple d’onde mécanique.
En agitant rapidement de haut en bas l’extrémité d’une corde d’entrainement (milieu de propagation), une courbure (perturbation) se forme.
Cette courbure se propage ensuite dans les autres segments de la corde, ce qui permet à l’onde de se propager jusqu’à l’autre extrémité.
Par sa déformation, la corde permet à l’énergie d’être transportée. Toutefois, cette déformation est temporaire et la corde reprend sa position initiale une fois l’onde passée. Ainsi, l’onde transporte de l’énergie, mais pas la corde.
Le son est une onde mécanique.
Lors du passage d’une onde sonore, un mouvement de vibration se propage entre les particules d’un milieu.
Par exemple, lorsqu’un oiseau émet un cri, ses cordes vocales produisent une vibration temporaire (perturbation) qui se propage dans l’air (milieu de propagation).
Lorsque ces vibrations parviennent à nos oreilles, elles entrainent la vibration des tympans, ce qui permet la perception du cri.
La vibration temporaire des particules d’air permet à l’onde sonore de transporter de l’énergie sans transporter de particules.
La perception d’un son grâce à la propagation d’une onde sonore dans l’air
Attention!
Une onde mécanique ne peut pas se propager dans le vide. C’est d’ailleurs la raison pour laquelle il est impossible d’entendre un son dans l’espace.
Les ondes électromagnétiques
Certaines ondes peuvent également se propager dans le vide. Il s’agit des ondes électromagnétiques.
Une onde électromagnétique ne requiert pas de matière pour se propager. Il s’agit d’une perturbation des champs électrique et magnétique.
Contrairement aux ondes mécaniques, les ondes électromagnétiques (OÉM) n’ont pas besoin de matière pour se propager. Ainsi, ces perturbations peuvent se propager dans le vide, et ce, à une vitesse d’environ |300\ 000\ \text{km/s}|. Bien que leur propagation ne nécessite pas de déplacement de matière, elles interagissent avec les particules. L’altération de la couleur de la peau due aux rayons ultraviolets émis par le soleil en est un exemple.
On représente généralement une onde électromagnétique par un trait ondulé. Cette représentation permet de décrire certaines caractéristiques d’une onde, comme sa longueur d’onde et son amplitude.
Cette représentation est couramment utilisée pour illustrer le spectre électromagnétique, c’est-à-dire le regroupement de tous les types d’ondes électromagnétiques en fonction de leur longueur d’onde et de leur fréquence.
Les rayons X sont des ondes électromagnétiques. Elles sont exploitées dans le domaine de l’imagerie médicale.
Une radiographie de la tête
Puwadol Jaturawutthichai, Shutterstock.com
Une étoile émet, entre autres, des ondes électromagnétiques. Parmi ces ondes électromagnétiques, on retrouve de la lumière visible.
Cette lumière visible se propage dans le vide de l’espace, puis dans l’atmosphère terrestre.
Ces ondes électromagnétiques parviennent ensuite jusqu’à nos yeux, ce qui nous permet de contempler le ciel étoilé.
L’observation d’un ciel étoilé
Allexxandar, Shutterstock.com
La classification des ondes selon leur direction de propagation
La perturbation générée par le passage d’une onde peut être perpendiculaire ou parallèle à la direction de l’onde. Selon le cas, on dit que l’onde est transversale ou longitudinale.
Les ondes transversales
Une onde transversale est une onde dont la perturbation du milieu est perpendiculaire à la direction de propagation de l’onde.
Les ondes transversales peuvent être mécaniques ou électromagnétiques.
Important!
Une onde transversale est mécanique lorsque les particules du milieu de propagation oscillent perpendiculairement à la direction de l’onde.
Une vague est une onde mécanique transversale.
Le passage d’une vague fait osciller verticalement les particules d’eau, alors que la vague se déplace horizontalement vers la côte.
La direction de la vague est donc perpendiculaire à l’oscillation des particules d’eau.
La position d’une bouée avant le passage d’une vague
En effet, si on observe le déplacement d’une bouée lors du passage d’une vague, on constate que celle-ci se déplace temporairement de haut en bas. Ce mouvement de la bouée témoigne du déplacement vertical du milieu lors du passage de l’onde.
La position d’une bouée pendant le passage d’une vague.
Toutefois, si on compare le positionnement horizontal de la bouée avant, pendant et après le passage de la vague, on constate que la bouée est demeurée au même endroit. Cela indique que les particules du milieu n’ont pas subi de déplacement horizontal.
La position d’une bouée après le passage d’une vague.
Important!
Une onde électromagnétique est toujours transversale.
Les rayons ultraviolets sont des ondes électromagnétiques. Ils sont donc également des ondes transversales.
L’énergie transportée par les rayons ultraviolets permet aux végétaux d’effectuer la photosynthèse.
Romolo Tavani, Shutterstock.com
Les ondes longitudinales
Une onde longitudinale est une onde dont la perturbation du milieu est parallèle à la direction de propagation de l’onde.
Les ondes électromagnétiques sont toujours transversales. Ainsi, seules les ondes mécaniques peuvent être longitudinales.
L’onde générée par la compression d’un ressort est une onde longitudinale.
Ce ressort est disposé horizontalement. Une extrémité est fixée et l’autre est tenue par une main. Le ressort représente le milieu de propagation de l’onde.
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Une oscillation horizontale de la main perturbe le milieu (ressort) et provoque sa compression temporaire.
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Cette perturbation est ensuite transmise horizontalement le long du ressort (milieu).
L’oscillation de la main et la direction de l’onde dans le ressort sont toutes deux horizontales. Puisque ces mouvements sont parallèles, il s’agit d’une onde longitudinale.
La propagation d’une onde longitudinale dans un ressort
Une onde sonore est une onde longitudinale.
Le son est la propagation d’un mouvement d’oscillation entre les particules d’un milieu. Puisque le plan dans lequel les particules oscillent est parallèle à la direction de l’onde, il s’agit d’une onde longitudinale.
L’oscillation des particules lors de la propagation d’une onde sonore
