Cet article explique ce que sont les oscillations en physique. Vous trouverez ainsi la signification d'une oscillation, des exemples de mouvements qui effectuent des oscillations, leurs propriétés et quels sont les différents types d'oscillations.
Qu'est-ce qu'une oscillation ?
Une oscillation est chacune des oscillations d'un mouvement oscillatoire. Autrement dit, une oscillation est une variation répétitive du temps d'un système autour d'une position centrale (ou position d'équilibre).
Ainsi, lorsqu’un corps répète un mouvement entre deux positions, il oscille. Les oscillations sont donc chacun des mouvements de va-et-vient qu'effectue le corps mobile, c'est-à-dire le mouvement d'un bout à l'autre et retour à l'extrémité initiale.
Par exemple, le mouvement d’un pendule est un mouvement oscillatoire et, par conséquent, il oscille. De sorte que chaque mouvement que fait la masse suspendue au pendule d'un bout à l'autre pour revenir à ce bout est une oscillation.
Exemples d'oscillations
Une fois que nous aurons vu la définition d’une oscillation, dans cette section nous verrons plusieurs exemples de mouvements qui font des oscillations pour bien comprendre sa signification.
Exemples de mouvements avec oscillations :
- Les oscillations d'une masse pendaient à un ressort.
- Oscillations d'un pendule.
- Les oscillations faites par les cordes d'une guitare.
- Les oscillations des vagues générées par le lancement d’une pierre dans une mare d’eau.
- Les oscillations des ondes électromagnétiques.
Caractéristiques d'un mouvement oscillatoire
Les mouvements qui font des oscillations ont les caractéristiques suivantes :
- Allongement (x) : est la position du corps qui effectue le mouvement oscillatoire à un certain instant. Il représente la séparation du corps de sa position d'équilibre.
- Amplitude (A) : est l'allongement maximum du mouvement oscillatoire. C’est donc la différence entre la position maximale et la position d’équilibre.
- Période d'oscillation (T) : c'est le temps qu'il faut au corps pour faire une oscillation complète, c'est-à-dire c'est le temps qu'il faut pour faire un aller-retour complet.
- Fréquence d'oscillation (f) : est le nombre d'oscillations ou de vibrations que le corps effectue par unité de temps.
- Fréquence angulaire ou pulsation (ω) : c'est la vitesse à laquelle le corps effectue les oscillations.
Dans l'image suivante, vous pouvez voir la représentation graphique de l'allongement d'un mouvement oscillatoire en fonction du temps.
Formule d'un mouvement oscillatoire
Avec la formule suivante, vous pouvez calculer l'allongement d'un mouvement oscillatoire en fonction de l'instant du temps. Ainsi, l’équation mathématique qui décrit les oscillations d’un mouvement oscillatoire est la suivante :
Où:
-
est l'allongement du corps qui effectue le mouvement oscillatoire. -
est l'amplitude du mouvement oscillatoire. -
est la fréquence angulaire ou la pulsation. -
est l'instant auquel l'allongement est calculé. -
est la phase initiale du mouvement oscillatoire.
Types d'oscillations
Les types d'oscillations sont :
- Oscillations libres : Le système oscille d'un côté à l'autre et le resterait indéfiniment si les forces dissipatives n'existaient pas. Par exemple, les oscillations faites par une masse suspendue à un ressort.
- Oscillations amorties : Les oscillations du système deviennent de plus en plus petites en raison du frottement ou d'une autre résistance. Par conséquent, l’amplitude de ce type d’oscillations diminue progressivement jusqu’à atteindre un point auquel le système cesse d’osciller et revient à sa position d’équilibre. Par exemple, le mouvement oscillatoire d'un pendule.
- Oscillations forcées : le système oscille grâce à l'action d'une force périodique externe, de sorte que si la force s'arrête, le système cesse d'osciller. Par exemple, le mouvement oscillant qu'un enfant fait sur une balançoire grâce à une autre personne qui le pousse.