▷ Vague (physique)

Cet article explique ce que sont les ondes en physique et quelles sont leurs caractéristiques. Ainsi, vous trouverez la définition d'une onde en physique, des exemples d'ondes, quels sont les éléments des ondes et, enfin, quels sont les différents types d'ondes en physique.

Qu'est-ce qu'une onde en physique ?

En physique, une onde est une perturbation qui se propage dans l’espace en transportant de l’énergie mais sans transporter de matière. Autrement dit, une vague est une agitation qui parcourt un espace qui, après le passage de la vague, reste le même que son état initial.

Généralement, les ondes étudiées en physique sont des ondes harmoniques et périodiques, ce qui signifie que leur graphique se répète cycliquement dans le temps et qu'elles peuvent être définies par une fonction sinus ou cosinus.

Certaines ondes nécessitent un milieu matériel pour être transportées, tandis que d'autres sont capables d'être transportées dans le vide. Ci-dessous, nous verrons quels sont les différents types de vagues.

Exemples de vagues

Maintenant que nous connaissons la signification d’une onde en physique, examinons plusieurs exemples d’ondes du quotidien pour mieux comprendre le concept.

Exemples de vagues :

Les ondes sonores.
Ondulations produites à la surface de l’eau lorsqu’une pierre est lancée.
L'onde générée par la vibration d'une corde.
Vagues se propageant à travers une jetée.
Ondes électromagnétiques.

Éléments d'une vague

Les éléments ou parties d'une vague sont les suivants :

Allongement (y) : est la distance entre la position de l'onde et sa position d'équilibre.
Amplitude (A) : est la distance entre l'allongement maximum et sa position d'équilibre.
Crête : chacun des points culminants de la vague.
Vallée : chacun des points les plus bas de la vague.
Cycle ou oscillation : c'est le trajet de l'onde d'un point au prochain point équivalent.
Longueur d'onde (λ) : est la distance qui sépare deux points équivalents consécutifs de l'onde.
Période (T) : est le temps nécessaire pour effectuer une oscillation complète.
Fréquence (f) : est le nombre d'oscillations ou de vibrations que l'onde effectue par unité de temps.

$f=\cfrac{1}{T}$

Fréquence angulaire (ou pulsation) (ω) : c'est la vitesse à laquelle l'onde effectue les oscillations.

$\omega=\cfrac{2\cdot \pi}{T}=2\cdot \pi \cdot f$

Nombre d'onde (k) : est défini comme le nombre de cycles effectués sur une longueur de 2π mètres.

$k=\cfrac{2\cdot \pi}{\lambda}$

Vitesse de propagation (v) : c'est la vitesse à laquelle l'onde se propage.

$v=\cfrac{\lambda}{T}=\cfrac{\omega}{k}$

équation d'une onde

En physique, l'équation d'une onde est y(x,t) = A·sin(k·x ± ω·t + φ ₀ ). Cette formule est utilisée pour calculer l’allongement de l’onde dans une position spécifique et un instant précis.

$y(x,t)=A\cdot \text{sin}(k\cdot x\pm w\cdot t+\phi_0)$

Où:

$y$ est l'allongement de l'onde.
$A$ est l'amplitude de l'onde.
$x$ est la distance du point étudié à l'origine de l'onde.
$k$ est le numéro d'onde.
$\omega$ est la fréquence angulaire ou de pulsation.
$t$ est l'instant du temps.
$\phi_0$ est la phase initiale de la vague.

Le signe devant la vitesse angulaire détermine la direction de déplacement de l'onde. Si le signe est négatif cela signifie que l’onde se propage vers la droite, par contre si le signe est positif cela signifie que l’onde se propage vers la gauche.

Remarque : Gardez à l’esprit qu’il existe plusieurs façons d’exprimer l’équation d’une onde en physique, elle peut donc également être exprimée par une fonction cosinus. Cependant, la formule la plus utilisée est la fonction expliquée dans cet article.

Types de vagues

En physique, il existe plusieurs façons de classer les ondes, nous verrons donc ci-dessous quels sont les différents types d’ondes selon les critères utilisés pour les classer.

Selon les dimensions de propagation

Ondes unidimensionnelles : l'onde se propage dans une seule direction.
Ondes bidimensionnelles : l'onde se propage en deux dimensions, c'est-à-dire le long d'une surface.
Ondes tridimensionnelles : l'onde se propage en trois dimensions, c'est-à-dire à travers l'espace.

En fonction du sens des oscillations

Ondes longitudinales : la direction des oscillations est la même que la direction de propagation des ondes.
Ondes transversales : la direction des oscillations est perpendiculaire à la direction de propagation des ondes.

Selon le support

Ondes mécaniques : l'onde a besoin d'un milieu matériel pour se propager.
Ondes électromagnétiques : l'onde peut se propager dans le vide.

Selon sa périodicité

Vagues périodiques : le graphique d'onde se répète de manière cyclique.
Ondes non périodiques : L'onde oscille librement sans suivre de schéma cyclique.

Pour une explication plus détaillée ainsi que des exemples de chaque type d'onde, cliquez sur le lien suivant :

➤ Voir : Types d'ondes en physique

Onde (physique)