VITESSE DE PROPAGATION D'UNE ONDE: FACTEURS ET MESURE - PHYSIQUE - 2025

La vitesse de propagation d'une onde est la grandeur qui mesure la vitesse à laquelle la perturbation de l'onde se propage le long de son déplacement. La vitesse à laquelle l'onde se propage dépend à la fois du type d'onde et du milieu par lequel elle se propage.

Logiquement, une vague qui se déplace dans les airs ne se déplacera pas à la même vitesse qu'une vague qui se déplace à travers la terre ou la mer. De même, une onde sismique, un son ou une lumière n'avance pas à la même vitesse. Par exemple, dans le vide, les ondes électromagnétiques se propagent à la vitesse de la lumière; c'est-à-dire 300 000 km / s.

Dans le cas du son dans l'air, sa vitesse de propagation est de 343 m / s. En général, pour les ondes mécaniques, la vitesse à travers un matériau dépend principalement de deux des caractéristiques du milieu: sa densité et sa rigidité. Dans tous les cas, généralement la vitesse est liée à la valeur de la longueur d'onde et de la période.

La relation peut être exprimée mathématiquement par le quotient: v = λ / T, où v est la vitesse de l'onde mesurée en mètres par seconde, λ est la longueur d'onde mesurée en mètres et T est la période mesurée en seconde.

Comme mesuré?

Comme mentionné précédemment, en général la vitesse d'une onde est déterminée par sa longueur d'onde et sa période.

Par conséquent, comme la période et la fréquence d'une onde sont inversement proportionnelles, on peut également affirmer que la vitesse dépend de la fréquence de l'onde.

Ces relations peuvent être exprimées mathématiquement comme ceci:

v = λ / T = λ ∙ f

Dans cette expression, f est la fréquence de l'onde mesurée en Hz.

Une telle relation n'est qu'une autre manière d'exprimer la relation entre vitesse, espace et temps: v = s / t, où s représente l'espace parcouru par un corps en mouvement.

Pour cette raison, pour connaître la vitesse à laquelle une onde se propage, il est nécessaire de connaître sa longueur d'onde et soit sa période, soit sa fréquence. De ce qui précède, il résulte clairement que la vitesse ne dépend pas de l'énergie de l'onde ou de son amplitude.

Par exemple, si vous souhaitez mesurer la vitesse de propagation d'une onde le long d'une corde, vous pouvez le faire en déterminant le temps nécessaire à une perturbation pour passer d'un point de la corde à un autre.

Facteurs dont cela dépend

Au final, la vitesse de propagation d'une onde dépendra à la fois du type d'onde et des caractéristiques du milieu dans lequel elle se déplace. Voici quelques cas spécifiques.

Vitesse de propagation des ondes transversales dans une corde

Un exemple très simple et très graphique pour comprendre quels sont les facteurs dont dépend normalement la vitesse d'une vague est celui des ondes transversales qui avancent le long d'une corde.

L'expression suivante permet de déterminer la vitesse de propagation de ces ondes:

v = √ (T / μ)

Dans cette expression μ est la densité linéaire en kilogrammes par mètre et T est la tension de la corde.

Vitesse de propagation du son

Le son est un cas particulier d'onde mécanique; par conséquent, il nécessite un moyen pour pouvoir se déplacer, ne pouvant pas le faire dans le vide.

La vitesse à laquelle le son se propage dans un milieu matériel sera fonction des caractéristiques du milieu à travers lequel il est transmis: température, densité, pression, humidité, etc.

Le son se propage plus rapidement dans les corps solides que dans les liquides. De la même manière, il se déplace plus rapidement dans les liquides que dans les gaz, donc il se déplace plus rapidement dans l'eau que dans l'air.

Plus précisément, sa vitesse de propagation dans l'air est de 343 m / s lorsqu'il est à une température de 20 ºC.

Vitesse de propagation des ondes électromagnétiques

Les ondes électromagnétiques, qui sont un type d'ondes transversales, se propagent dans l'espace. Par conséquent, ils n'ont pas besoin de moyen de mouvement: ils peuvent voyager à travers un vide.

Les ondes électromagnétiques se déplacent à environ 300 000 km / s (vitesse de la lumière) même si, en fonction de leur vitesse, elles sont regroupées dans des gammes de fréquences constituant ce qu'on appelle le spectre électromagnétique.

Exercices résolus

Premier exercice

Trouvez la vitesse à laquelle une onde transversale traverse une corde de 6 m de long, si la tension dans la corde est de 8 N et sa masse totale est de 12 kg.

Solution

La première chose à calculer est la densité linéaire de la chaîne:

μ = 12/6 = 2 kg / m

Une fois cela fait, il est possible de déterminer la vitesse de propagation, à laquelle elle se substitue dans l'expression:

v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 m / s

Deuxième exercice

On sait que la fréquence de la note de musique est de 440 Hz. Déterminer quelle est sa longueur d'onde à la fois dans l'air et dans l'eau, sachant que dans l'air sa vitesse de propagation est de 340 m / s, tandis que dans le l'eau atteint 1400 m / s.

Solution

Pour calculer la longueur d'onde, nous résolvons λ à partir de l'expression suivante:

v = λ ∙ f

On obtient: λ = v / f

En remplaçant les données de l'instruction, les résultats suivants sont atteints:

λ _air = 340/440 = 0,773 m

λ _eau = 1400/440 = 3,27 m

Références

1. Wave (nd). Sur Wikipedia. Récupéré le 19 mai 2018 sur es.wikipedia.org.
2. Vitesse de phase (nd). Sur Wikipedia. Récupéré le 19 mai 2018 sur en.wikipedia.org.
3. Vitesse du son (nd). Sur Wikipedia. Récupéré le 19 mai 2018 sur en.wikipedia.org.
4. Fidalgo Sánchez, José Antonio (2005). Physique et chimie. Everest
5. David C. Cassidy, Gerald James Holton, Floyd James Rutherford (2002). Comprendre la physique. Birkhäuser.
6. Français, AP (1971). Vibrations and Waves (série d'introduction à la physique du MIT). Nelson Thornes.
7. Crawford jr., Frank S. (1968). Waves (Cours de physique de Berkeley, vol. 3), McGraw-Hill.