Caractéristiques de mouvement ondulées, types de vagues, exemples

Il le mouvement des vagues Il se compose de la propagation d'une perturbation, appelée vague, dans un milieu matériel ou même dans un vide, si c'est la lumière ou tout autre rayonnement électromagnétique.

L'énergie se déplace dans le mouvement ondulatoire, sans que les particules du milieu ne s'éloignent beaucoup de leurs positions, car la perturbation ne fait que les osciller ou vibrer en continu autour de l'équilibre.

Mouvement de l'eau dans l'océan

Et cette vibration est celle qui est transmise d'une particule à une autre au milieu, dans ce que l'on appelle un Vague mécanique. Le son se propage de cette manière: une source comprime et étend les molécules d'air alternativement, et l'énergie qui parcourt de cette manière est à son tour responsable de la vibration du tympan, une sensation que le cerveau interprète comme son.

Dans le cas de la lumière, qui n'a pas besoin de matériel, est l'oscillation des champs électriques et magnétiques qui est transmis.

Comme nous le voyons, deux des phénomènes les plus importants pour la vie: la lumière et le son, ont un mouvement ondulé, d'où l'importance d'en savoir plus sur leur comportement.

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Caractéristiques du mouvement ongueur

Les vagues ont plusieurs attributs caractéristiques que nous pouvons regrouper selon leur nature:

• Caractéristiques spatiales, qui se réfèrent à la forme.
• Caractéristiques temporaires ou de durée.

Regardons une représentation schématique d'une vague simple comme une succession périodique de crêtes et de vallées. Le dessin représente un peu plus d'un cycle ou ce qui est le même: une oscillation complète.

Éléments d'une vague. Source: F. Zapata.

Caractéristiques spatiales des vagues

Ces éléments sont communs à toutes les vagues, y compris la lumière et le son.

• Crête: La position la plus élevée.
• Vallée: Le plus bas.
• Nœud: point auquel l'onde coupe la position d'équilibre. Dans la figure est la ligne segmentée ou l'axe horizontal.
• Longueur d'onde: indiqué avec la lettre grecque λ (lambda) est la distance entre deux crêtes successives, ou entre un point et une qui a la même hauteur, mais du cycle suivant.
• Élongation: C'est la distance verticale entre un point d'onde et la position d'équilibre.
• Amplitude: l'allongement maximum est-il.

Caractéristiques temporaires des vagues

• Période, Le temps qui dure un cycle complet.
• Fréquence: Nombre de vagues produites par unité de temps. C'est l'inverse ou réciproque de la période.
• Vitesse: Il est défini comme le quotient entre la longueur d'onde et la période. Si vous êtes indiqué comme V, de manière mathématique, cette relation est:

V = λ / t

Types de vagues

Il existe différents types d'ondes, car ils sont classés selon plusieurs critères, par exemple, ils peuvent être classés selon:

• La direction qui porte la perturbation.
• Le support dans lequel ils se propagent.
• La direction dans laquelle les particules moyennes oscillent.

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Une vague peut être de plusieurs types en même temps, comme nous le verrons ci-dessous:

- Vagues selon l'oscillation du milieu

Les particules qui composent le médium ont la capacité de répondre de plusieurs manières à la perturbation, de cette manière, elles surviennent:

Croiser les vagues

Dans une onde transversale, la perturbation se propage perpendiculairement à la direction dans laquelle les particules oscillent. Source: Wikimedia Commons.

Les particules de la gamme moyenne dans la direction perpendiculairement à la façon dont la perturbation fait. Par exemple, si nous avons une corde tendue horizontale qui est perturbée à une extrémité, les particules vont de haut en bas, tandis que la perturbation se déplace horizontalement.

Les ondes électromagnétiques se déplacent également de cette manière, qu'ils le fassent dans un environnement matériel comme si ce n'était.

Vagues longitudinales

La propagation se déplace dans la même direction dans laquelle les particules du milieu le font. L'exemple le plus connu est le son, dans lequel la perturbation sonore comprime et élargit l'air lorsqu'elle se déplace à travers, provoquant le déplacement des molécules d'un côté d'un côté à l'autre.

- Vagues selon le milieu dans lequel ils se propagent

Ondes mécaniques

Les ondes sismiques sont des ondes mécaniques

Ils ont toujours besoin d'un milieu de matériau pour se propager, qui peut être solide, liquide ou gaz. Le son est également un exemple d'une vague mécanique, ainsi que les vagues qui se produisent dans les cordes tendantes des instruments de musique et ceux qui se propagent dans le monde entier: ondes sismiques.

Ondes électromagnétiques

Les ondes électromagnétiques peuvent se propager dans un vide. Il n'y a pas de particules d'oscillation, mais des champs électriques et magnétiques mutuellement perpendiculaires, et en même temps perpendiculairement à la direction de propagation.

Le spectre de fréquence électromagnétique est très large, mais nous percevons à peine avec nos sens une bande étroite de longueurs d'onde: le spectre visible.

- Vagues selon la direction de propagation

Selon l'adresse de propagation, les vagues peuvent être:

• Unidimensionnel
• À deux dimensions
• Trois dimensions

Si nous avons une corde tendue, la perturbation se déplace partout, c'est-à-dire dans une dimension. Il se produit également lorsqu'un ressort ou un ressort flexible est de perturber comme Glissant.

Mais il y a des vagues qui se déplacent sur une surface, comme la surface de l'eau lorsqu'une pierre est jetée sur un étang ou celles qui se propagent dans la croûte terre.

Enfin, il y a des vagues voyageant en continu dans toutes les directions de l'espace comme le son et la lumière.

- Vagues selon son extension

Les vagues peuvent se propager le long de grandes extensions, telles que des vagues légères, des ondes sonores et sismiques. Au lieu de cela, d'autres sont limités à une région plus petite. C'est pourquoi ils sont également classés comme:

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-Vagues de voyage

-Vagues debout.

Vagues de voyage

Lorsqu'une vague se propage de sa source et ne lui revient pas, vous avez une vague de voyage. Merci à eux que nous écoutons. Le fait à une vitesse constante de 300.000 km / s.

Vagues debout

Contrairement aux vagues de déplacement, les vagues stationnaires se déplacent dans une région limitée, par exemple la perturbation dans la corde d'un instrument de musique comme une guitare.

Ondes harmoniques

Les ondes harmoniques se caractérisent par le cyclique ou. Cela signifie que la perturbation est répétée à chaque intervalle de temps constant, appelé période de la vague.

Les ondes harmoniques peuvent être modéliques mathématiquement à l'aide des fonctions sinus et cosinus.

Ondes non périodiques

Si la perturbation n'est pas répétée à chaque intervalle de temps, la vague n'est pas harmonieuse et sa modélisation mathématique est beaucoup plus complexe que celle des ondes harmoniques.

Exemples de mouvement ondulé

La nature nous présente des exemples de mouvements ondulatoires tout le temps, parfois cela est évident, mais parfois pas, comme dans le cas de la lumière: comment savons-nous qu'il bouge comme une vague?

La nature ondulée de la lumière a été discutée pendant des siècles. Ainsi, Newton était convaincu que la lumière était un flux de particules, tandis que Thomas Young, au début du 19e siècle, a montré qu'il se comportait comme une vague.

Enfin, cent ans plus tard, Einstein a dit, pour la tranquillité de chacun, que la lumière était double: onde et particule en même temps, selon que sa propagation est étudiée ou la façon dont il interagit avec la question.

Soit dit en passant, il en va de même pour les électrons dans l'atome, ce sont aussi des entités doubles. Ce sont des particules, mais ils éprouvent également des phénomènes exclusifs de vagues, comme la diffraction, par exemple.

Voyons maintenant quelques exemples quotidiens de mouvement évident des vagues:

Le ressort

Un printemps doux, le printemps ou Glissant Il se compose d'un ressort hélicoïdal avec lequel les vagues longitudinales et transversales peuvent être visualisées, selon la manière dont l'une de ses extrémités est perturbée.

Les cordes des instruments de musique

En cliquant sur un instrument tel qu'une guitare ou une harpe, les vagues stationnaires vont et viennent entre les extrémités de la corde. Le son de la corde dépend de son épaisseur et de la tension à laquelle il est soumis.

Plus la corde est tendue, plus une perturbation est facilement répandue, de la même manière lorsque la corde est plus mince. On peut montrer que le carré de la vitesse de l'onde V² Il est donné par:

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V² = T / μ

Où t est la tension dans la corde et μ est la densité linéaire de la même chose, c'est-à-dire sa masse par unité de longueur.

La voix

Nous avons les chaînes vocales, avec lesquelles des sons sont émis pour la communication. Sa vibration est perçue en plaçant ses doigts sur sa gorge en parlant.

Vagues

Ils se propagent dans les corps océaniques à la frontière entre l'eau et l'air et proviennent des vents, ce qui provoque l'emprise de petites portions de liquide.

Ces fluctuations sont amplifiées par l'action de plusieurs forces en plus du vent: frottement, tension de surface dans le liquide et la force de gravité toujours présente.

Ondes sismiques

La Terre n'est pas un corps statique, car il y a des perturbations qui voyagent à travers les différentes couches. Ils sont perçus comme des tremblements et parfois, lorsqu'ils transportent beaucoup d'énergie, comme des tremblements de terre capables de causer beaucoup de dégâts.

La structure de l'atome

Les théories atomiques modernes expliquent la structure de l'atome par une analogie avec des vagues stationnaires.

Exercices résolus

Exercice 1

Une onde sonore a une longueur d'onde égale à 2 cm et se propage à une vitesse de 40 cm en 10 s.

Calculer:

a) Votre vitesse

a) la période

b) fréquence

Solution à

Nous pouvons calculer la vitesse de l'onde avec les données fournies, car elle se propage à un taux de 40 cm en 10 s, donc:

V = 40 cm / 10 s = 4 cm / s

Solution B

Auparavant, la relation entre la vitesse, la longueur d'onde et la période telle que:

V = λ / t

Par conséquent, la période est:

T = λ / v = 2 cm / 4 cm / s = 0.5 s.

Solution C

Puisque la fréquence est l'inverse de la période:

F = 1 / t = 1/0.5 s = 2 s^-1

L'inverse du deuxième ou S^-1 Il s'appelle Hertz ou Hertzio et abrégé Hz. Le physicien allemand Heinrich Hertz (1857-1894) a été donné en l'honneur, qui a découvert la manière de produire des vagues électromagnétiques.

Exercice 2

Une corde est tendue sous l'action d'une force de 125 n. Si votre densité linéaire μ est 0.0250 kg / m, quelle sera la vitesse de propagation d'une vague?

Solution

Nous avions déjà vu que la vitesse dépend de la tension et de la densité linéaire de la corde telle que:

V² = T / μ

Donc:

V² = 125 n / 0.0250 kg / m = 5000 (m / s)²

Prendre la racine carrée de ce résultat:

V = 70.7 m / s

Les références

1. Giancoli, D.  2006. Physique: principes avec applications. 6e. Ed Prentice Hall.
2. Hewitt, Paul. 2012. Sciences physiques conceptuelles. 5e. Élégant. Pearson.
3. Sears, Zemansky. 2016. Physique universitaire avec physique moderne. 14e. Élégant. Volume 1. Pearson.
4. SERAY, R., Jewett, J. (2008). Physique pour la science et l'ingénierie. Volume 1. 7e. Élégant. Cengage Learning.
5. Tipler, P. (2006) Physique de science et de technologie. 5e ed. Volume 1. Éditorial Revered.