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Qu'est-ce qu'une onde longitudinale ?
Tout d'abord, note que les ondes sont des moyens par lesquels l'énergie peut se déplacer sans que la matière n'ait besoin de l'accompagner. Une onde sonore pousse l'air devant elle avec de l'information, transférant ainsi l'énergie cinétique vibratoire à travers l'air. Qu'est-ce qu'une onde longitudinale ?
Les ondes longitudinales sont un type particulier d'ondes où les particules perturbées oscillent dans la même direction que l'onde se propage.
La matière que traverse une onde s'appelle un milieu. Il peut s'agir d'eau dans le cas des ondes océaniques, ou de la Terre elle-même dans le cas des ondes sismiques. Les particules de ce milieu doivent se déplacer d'avant en arrière pour que l'onde se propage ou traverse vers l'avant. Ce mouvement de va-et-vient peut se faire dans n'importe quelle direction ; cependant, pour les ondes longitudinales, lesparticules du milieu ne peuvent se déplacer que parallèlement à la direction dans laquelle l'onde se déplace.
Lesondes longitudinales ont des compressions, une période de l'onde où deux particules voisines sont rapprochées, et des raréfactions, une période où deux particules voisines sont éloignées. Ces phénomènes sont analogues aux crêtes et aux creux des ondes transversales. Enfin, seules les ondes transversales peuvent être polarisées et alignées. Cela n'est pas possible avec une onde longitudinale. Cela fonctionne parce que, lorsque l'onde se déplace, chaque particule du milieu est légèrement déphasée. Lorsqu'une particule commence à se déplacer dans ce mouvement de va-et-vient, la particule suivante dans la ligne est légèrement retardée avant de commencer le même mouvement. Comme toutes les particules du milieu agissent de la sorte, l'onde peut se propager vers l'avant, dans la direction où elle se dirige.
Ondes transversales et longitudinales
Une onde transversale est incroyablement similaire à une onde longitudinale, mais elle n'en diffère que par un seul aspect essentiel. Alors que dans les ondes longitudinales, les particules du milieu se propagent parallèlement à la direction de l'onde, dansune onde transversale, les particules du milieu se déplacent perpendiculairement à la direction de l'onde .
En raison de cette différence singulière mais importante, ces ondes se comporteront très différemment. En raison de la nature de la propagation, une onde transversale ne peut pas traverser un milieu qui est un gaz, mais seulement un solide ou un liquide. Ce n'est pas un problème pour une onde longitudinale, car elle peut se propager dans n'importe quel type de milieu, qu'il s'agisse d'un solide, d'un liquide ou d'un gaz.
Une autre conséquence de cette différence de mouvement est que les ondes transversales sont bidimensionnelles et les ondes longitudinales sont unidimensionnelles.
Un exemple de la façon dont une onde transversale oscille.
Une onde longitudinale est toujours une onde, c'est-à-dire qu'elle transporte des informations d'un endroit à un autre. Cette information se trouve dans le mouvement déphasé des particules au fur et à mesure que l'onde se propage, connu sous le nom de compressions et de raréfactions.
Diagramme d'une onde longitudinale
Tu trouveras ci-dessous un diagramme montrant les principales caractéristiques d'une onde longitudinale :
Un exemple d'oscillation d'une onde longitudinale. Note les compressions et les raréfactions.
Quels sont les exemples d'ondes longitudinales ?
Les ondes longitudinales existent partout dans notre vie quotidienne, et il suffit de regarder dans n'importe quelle direction pour en trouver un bon exemple.
Les ondes longitudinales : Lesondes sonores
Nous avons déjà mentionné un exemple d'onde longitudinale que nous voyons tous les jours, ou devrais-je dire que nous entendons tous les jours. Les ondes sonores sont des ondes longitudinales, ce que nous devrions savoir de toute façon du fait que le son voyage dans l'air, et nous savons déjà que seules les ondes longitudinales peuvent le faire. Lorsqu'un son est émis, la source de ce son frappe l'air juste devant cette source plusieurs fois par seconde, et cette frappe pousse une onde longitudinale vers l'avant, jusqu'à nos oreilles pour que nous l'entendions.
La prochaine fois que tu seras près d'un haut-parleur, essaie de placer ta main devant la source du son sur celui-ci. Tu pourras sentir que quelque chose pousse ta main, ce sont les ondes sonores longitudinales ! Tu peux les sentir pousser car elles se déplacent vers l'avant et l'arrière au lieu de monter et descendre.
Le centre du haut-parleur sera la source du son, en plaçant ta main dessus, tu pourras sentir les ondes vibratoires pousser vers l'avant.Wikimedia Commons
Une autre onde longitudinale peut également être causée directement par les ondes sonores. Si un objet capable de vibrer rencontre une onde sonore d'une fréquence particulière, il se met à vibrer à cette fréquence. Cette vibration agit comme une onde longitudinale dans tout l'objet. Par exemple, lorsqu'un verre est brisé par une haute fréquence qui le traverse. Si l'onde sonore frappe le verre avec une amplitude suffisamment élevée et se propage à la bonne fréquence pour que le verre vibre aussi, le verre commencera à vibrer de façon si agressive qu'il pourrait finir par se briser ! Cette fréquence est appelée fréquence de résonance, et chaque matériau en possède une, dans laquelle si une onde de cette fréquence le traverse, elle fera osciller le matériau à cette même fréquence avec une amplitude croissante jusqu'à ce que cette fréquence provoque la dégradation du matériau.
Ondes longitudinales : Tremblements de terre
Tu as peut-être pensé que les ondes longitudinales ne se déplacent que dans l'air, car nous n'en avons pas encore vu qui puissent se déplacer dans un liquide ou un solide. Cependant, les tremblements de terre constituent un type d'onde longitudinale particulièrement dangereux qui se propage dans le sol. Les tremblements de terre ne sont pas seulement longitudinaux, ils sont constitués de différentes ondes, et l'onde longitudinale d'un tremblement de terre est connue sous le nom d'onde P. Ce sont les ondes qui précèdent le tremblement de terre. Ce sontles ondes qui précèdent les grandes et particulièrement dangereuses ondes S, qui sont transversales, et elles ne causent généralement pas beaucoup de dégâts, mais il est tout de même possible de les ressentir. Ces ondes P arrivent en premier en raison du fait que les ondes longitudinales se déplacent plus rapidement que les ondes transversales. Elles ne se déplacent jamais que sur le sol, ce mouvement de va-et-vient qui va de pair avec les ondes longitudinales est la raison pour laquelle le sol se déplace de gauche à droite lorsque ces ondes P sont actives.
La raison pour laquelle les animaux peuvent détecter les tremblements de terre avant nous est due à ces ondes P ! Nous les remarquons rarement avant les ondes S plus importantes, mais les sens aiguisés de nombreux animaux tels que les chiens et les chats peuvent enregistrer ces ondes et se mettre à l'abri avant qu'il n'y ait de véritables dégâts.
Un type surprenant mais aussi dangereux de véritable onde longitudinale se produit dans les grands raz-de-marée. Comme ce type de vagues est connu pour monter et descendre, on pourrait penser qu'il s'agit de vagues entièrement transversales, mais ce n'est pas le cas. Les vagues finissent par se rétrécir et l'eau dans laquelle la vague se déplace commence à se déplacer parallèlement à la direction de la vague.
Vague longitudinale - Principaux enseignements
Une onde longitudinale est une onde dont les particules du milieu dans lequel elle se déplace se déplacent parallèlement à la direction du déplacement.
L'onde se déplace vers l'avant parce que les particules du milieu sont légèrement déphasées les unes par rapport aux autres.
Les ondes transversales sont semblables aux ondes longitudinales, mais elles déplacent les particules de leur milieu perpendiculairement à la direction du déplacement au lieu de parallèlement.
Les ondes transversales se distinguent davantage par le fait qu'elles existent en deux dimensions, qu'elles ont des creux et des crêtes et qu'elles ne peuvent pas traverser les gaz.
Il existe de nombreux exemples d'ondes longitudinales dans le monde réel, notamment certaines catastrophes naturelles comme les tremblements de terre et les raz-de-marée, ainsi que les ondes sonores que nous créons et écoutons tous les jours.
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