Même si nous ne savons pas ce qu'elles sont ou à quoi elles servent, nous avons tous entendu parler des vagues. Nous avons au moins tous vu des vagues à la plage, des vagues océaniques qui transmettent en fait de l'énergie plutôt que de l'eau, mais as-tu déjà pensé à d'autres types de vagues que tu n'as peut-être pas remarquées ? Peut-être des vagues plus petites que ce que nous pouvons voir, ou des vagues que tu ne remarques peut-être pas au premier abord ? Eh bien, ces ondes se répartissent en différentes catégories, et celle que nous examinons aujourd'hui est l'onde transversale, un type d'onde très intéressant. Mais qu'est-ce qu'une onde transversale, comment fonctionne-t-elle et quels sont ses exemples ? Découvrons-le.
Avant d'entrer dans le détail des spécificités d'une onde transversale, voyons d'abord ce qu'est exactement une onde, du moins dans ce contexte. Une onde, dans sa définition la plus générale, est le mouvement constant et répété de perturbations qui se déplacent d'une zone de l'espace à une autre. En général, lorsque nous pensons à une onde, nous imaginons la montée et la descente standard d'une ligne, régulière et identique, se déplaçant de gauche à droite. Ce n'est pas le cas pour toutes les vagues, car les hauts et les bas d'une vague n'ont pas besoin d'être identiques à chaque fois, ils n'ont pas besoin d'être exactement en haut et en bas, et ils n'ont pas nécessairement besoin de se déplacer de gauche à droite. Définissons d'abord une vague transversale.
Une onde transversale est une onde dans laquelle les particules oscillantes se déplacent d'avant en arrière dans une direction perpendiculaire au mouvement de l'onde.
De nombreux autres facteurs d'une onde peuvent changer, mais tant que cette règle est respectée par l'onde, peu importe ce qui change, il s'agit d'une onde transversale. La figure ci-dessous illustre une vague transversale, une vague d'eau étant un bon exemple, où les particules d'eau se déplacent de haut en bas mais où la vague se déplace latéralement vers le rivage. Les directions de la vague et des particules sont perpendiculaires l'une à l'autre.
Le diagramme représente le mouvement d'une vague transversale vue de côté. La vague se déplace de gauche à droite tandis que les particules oscillent de haut en bas. Les deux directions sont perpendiculaires l'une à l'autre, ce qui est la condition d'une onde transversale, Wikimedia Commons.
Propriétés des ondes transversales
La principale propriété qui sépare les ondes transversales de tous les autres types d'ondes est le fait qu'elles oscillent perpendiculairement à la direction de leur mouvement. Mais ce n'est pas la seule propriété que possède une onde transversale. Tout d'abord, une onde transversale aura toujours une distance entre ses hauts et ses bas, ou respectivement ses crêtes et ses creux. La position centrale, autour de laquelle les particules oscillent, est connue sous le nom de position de repos ou d'équilibre. La distance qui sépare une particule de sa position d'équilibre est appelée déplacement. Le déplacement maximal se produit lorsqu'une particule se trouve à une crête ou à un creux et s'appelle l'amplitude de l'onde. La distance entre deux crêtes ou deux creux successifs est appelée longueur d'onde de l'onde.La période d'une onde transversale est le temps qui s'écoule pour qu'une longueur d'onde entière soit complète, et la fréquence est le nombre de fois que ces périodes se produisent en l'espace d'une seconde. Toutes ces propriétés sont indiquées ci-dessous.
Une onde transversale dont toutes les propriétés sont indiquées.
Différence entre les ondes transversales et les ondes longitudinales
Si les ondes transversales existent d'un côté d'une pièce de monnaie, il est certain que de l'autre côté de cette pièce se trouvent les ondes longitudinales. Les ondes longitudinales sont très semblables aux ondes transversales, à une différence près. Alors que les particules des ondes transversales oscillent perpendiculairement à la direction du mouvement, les particules des ondes longitudinales se déplacent parallèlement à la direction du mouvement de l'onde. C'est la principale propriété qui distingue ces deux ondes, mais cette différence entraîne aussi d'autres différences entre elles. Un bon exemple d'ondes longitudinales est celui des ondes sonores, qui poussent vers l'avant les particules de l'air dans la même direction que celle dans laquelle l'onde sonore se déplace.
Comme une onde transversale oscille de haut en bas tout en se déplaçant de gauche à droite, elle agit dans deux dimensions différentes. Ce n'est pas le cas des ondes longitudinales, car elles n'agissent pas de haut en bas, mais seulement de gauche à droite. Cela signifie que les ondes longitudinales n'agissent jamais que dans une seule dimension.
Les ondes longitudinales peuvent être créées dans n'importe quel état de la matière, qu'il s'agisse d'un solide, d'un liquide ou d'un gaz. Les ondes transversales n'ont pas la même capacité, elles peuvent être créées dans les solides et à la surface d'un liquide, mais elles ne peuvent en aucun cas être produites dans les gaz.
Enfin, alors que nous savons que les ondes transversales ont des crêtes et des creux, les ondes longitudinales n'agissent pas vers le haut ou vers le bas, elles n'en ont pas. Au lieu de cela, elles ont des périodes dans leur onde avec plus et moins de compression, les points les plus élevés étant connus sous le nom de compressions, et les points les plus bas étant connus sous le nom de raréfactions. L'image ci-dessous montre une comparaison entre une onde transversale et une onde longitudinale. L'onde longitudinale est installée sur un slinky. Chaque boucle du slinky oscille de gauche à droite et l'onde se déplace parallèlement (soit à gauche, soit à droite).
Cette image montre la différence entre les ondes transversales et les ondes longitudinales, Flickr.com
Exemples d'ondes transversales
Nous savons donc ce que sont les ondes transversales et ce qu'elles font. Mais où peut-on les trouver et comment sont-elles utilisées ? Nous avons déjà abordé l'exemple le plus important d'une onde transversale, les ondes lumineuses. Tous les types de lumière visible sont constitués d'ondes transversales incroyablement minuscules qui voyagent jusqu'à tes yeux, te permettant ainsi de voir. Outre la lumière visible, toutes les ondes du spectre électromagnétique, des ultraviolets aux infrarouges, en passant par les rayons X et les rayons gamma, sont des ondes transversales.
Un autre bon exemple d'ondes transversales est quelque chose que tu peux essayer avec n'importe quelle étendue d'eau. Si tu jettes un caillou dans l'eau, ou si tu touches simplement la surface avec ton doigt, tu remarqueras des ondulations émergeant du point de contact avec l'eau. Ces ondulations sont des vagues transversales, le sommet de l'ondulation étant la crête, la trajectoire étant dirigée à l'opposé du point de contact. Pour cette raison, nous pouvons imaginer ces ondulations comme des sortes de petites vagues.
En parlant de vagues, les énormes vagues de tsunami peuvent être considérées à la fois comme des vagues transversales et des vagues longitudinales, selon la partie du cycle de vie de la vague que tu observes. Au début de la formation d'un tsunami, il s'agit d'une vague transversale, un tremblement de terre sous l'eau transmettant son énergie à l'eau, et la vague se déplace ainsi jusqu'à ce qu'elle atteigne la surface, où elle devient longitudinale. L'image ci-dessous montre la nature transversale d'un tsunami ou d'un raz-de-marée.
Un exemple de tsunami agissant comme une vague transversale. Wikimedia Commons
Enfin, et puisque nous parlons de tremblements de terre, ces catastrophes naturelles sont également de bons exemples d'ondes transversales ou du moins d'une partie de leur processus. Les ondes "S", que nous connaissons comme le mouvement rapide de haut en bas que nous ressentons lors d'un tremblement de terre, sont des ondes transversales. Lorsque l'énergie se propage vers l'extérieur à partir de l'épicentre et parallèlement à la surface de la Terre, les crêtes et les creux font osciller la roche et le sol de haut en bas, ce qui provoque cet effet.
L'équation des ondes transversales
Les ondes transversales possèdent de nombreuses propriétés et variables à déterminer. Par conséquent, une seule équation ne va pas nous donner toutes les données dont nous avons besoin pour bien comprendre une seule onde transversale. Cependant, voici deux équations particulièrement utiles :
\[f=\frac{1}{T}\]
Cette équation permet de calculer la fréquence \(f\) d'une onde transversale, mesurée en Hertz (\(\mathrm{Hz}\)). La variable \(\mathrm{T}\) est connue sous le nom de période de l'onde, qui est le temps nécessaire à l'onde pour accomplir un cycle complet, du début d'une crête à la fin du creux qui suit. Elle est mesurée en secondes (\(\mathrm{s}\)).
\N-[v=f \Nlambda \N]
Cette dernière équation est utilisée pour calculer la vitesse d'une vague et la vitesse à laquelle elle se déplace dans une direction spécifique, mesurée en mètres par seconde (\(\mathrm{m/s}\)). La variable \(\lambda\) est connue comme la longueur d'onde de l'onde, qui est la distance physique entre le début d'un cycle et le début du cycle suivant. Elle est mesurée en mètres (\(\mathrm{m}\)).
Une onde transversale a une période de temps de \(0,5 \, \mathrm{s}\), et une longueur d'onde de \(2,0 \, \mathrm{m}\). Quelle est la vitesse de cette onde ?
Solution
Tout d'abord, nous devons combiner nos équations pour rassembler tous les termes dont nous avons besoin. En les combinant, nous obtenons cette équation :
\[v=\frac{\lambda}{T}\]
En entrant nos valeurs pour la période de temps et la longueur d'onde, nous obtenons ceci :
La vitesse de cette onde est de \(4,0 \N, \Nmathrm{m/s}).
Onde transversale - Points clés
Les ondes transversales sont des ondes dans lesquelles les particules vibrantes oscillent perpendiculairement à la trajectoire de l'onde.
Les propriétés des ondes transversales comprennent le déplacement, l'amplitude, la fréquence, la longueur d'onde et la période.
Il existe quelques différences entre les ondes transversales et longitudinales, notamment l'état de la matière dans lequel elles peuvent être produites et les dimensions dans lesquelles elles agissent.
Il existe de nombreux exemples d'ondes transversales dont nous faisons l'expérience dans la vie, notamment les ondes lumineuses, les ondulations de l'eau et les tremblements de terre.
L'équation suivante permet de calculer la vitesse d'une onde : \(v=f \lambda \).
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Questions fréquemment posées en Onde transversale
Qu'est-ce qu'une onde transversale ?
Une onde transversale est une onde où les oscillations se font perpendiculaires à la direction de propagation de l'onde, comme les vagues à la surface de l'eau.
Comment se déplacent les ondes transversales ?
Les ondes transversales se déplacent en oscillant perpendiculairement à la direction de propagation, créant des crêtes et des creux.
Quelles sont des exemples d'ondes transversales ?
Des exemples d'ondes transversales incluent les vagues sur une corde tendue, les ondes sismiques S et les ondes lumineuses.
Quelle est la différence entre ondes transversales et longitudinales ?
Les ondes transversales oscillent perpendiculairement à leur direction de propagation, tandis que les ondes longitudinales oscillent parallèlement à cette direction.
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Lily Hulatt
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Lily Hulatt is a Digital Content Specialist with over three years of experience in content strategy and curriculum design. She gained her PhD in English Literature from Durham University in 2022, taught in Durham University’s English Studies Department, and has contributed to a number of publications. Lily specialises in English Literature, English Language, History, and Philosophy.
Gabriel Freitas is an AI Engineer with a solid experience in software development, machine learning algorithms, and generative AI, including large language models’ (LLMs) applications. Graduated in Electrical Engineering at the University of São Paulo, he is currently pursuing an MSc in Computer Engineering at the University of Campinas, specializing in machine learning topics. Gabriel has a strong background in software engineering and has worked on projects involving computer vision, embedded AI, and LLM applications.