FORMULES de PHYSIQUE
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TYPES d'ONDES
types d'ondes
En fonction de son rôle, chaque onde reçoit son qualificatif :
1.MICRO-ONDE
Il s'agit d'une onde électromagnétique, dont la fréquence est comprise entre 3.108 à11 Hz (soit 3.102 à 3.105 MHz) donc de longueur d'ondes entre 1 m et 1 mm.
Les émetteurs de micro-ondes sont surtout
-les fours (à micro-ondes) dont le champ d'induction électrique ambiant E va de 3 V/m (prés du four) à 0,3 V/m (à 1m.)
-les téléphones portables, pour lesquels E va de 0,5 V/m (zone plein air) à 5 V/m (zone renfermée)
-les bornes d'émission (Wi-Fi ou Télécom) ainsi que les antennes (radio, télé) pour lesquelles E va de 0,5 V/m (moyenne distance) à 2 V/m (faible distance)
2.ONDE ACOUSTIQUE ou sonore = onde concernant les sons.
3.ONDE COHÉRENTE(envers une autre) = quand les caractéristiques des 2 ondes sont (au moins partiellement) identiques
4.ONDE de DENSITÉ
En cosmologie, c'est une onde exprimant une variation ondulatoire de densité de matière massique. Ceci expliquerait la pérennité de structure des bras de galaxies spiralées
Dans d'autres rubriques, certains utilisent abusivement le raccourci "onde de densité" dans le sens de "onde de (densité d'une quelconque charge)"
5.ONDE de DIFFUSION
Quand des particules diffusent, les ondes exprimantleur diffusion sont fonction de la position des particules par rapport au noyau et donc dépendent des divers nombres quantiques des particules élémentaires constitutives (dont L, celui de leur moment orbital)
6.ONDE DISPERSEE
la disoersion d'une onde exprime les variations (ou écarts) pris par la vitesse angulaire par rapport à la longueur d'onde (nota : le vide ne présente pas de dispersion)
d' = f / q'.Jn d' = Jn / f
avec d'(s/m)= dispersion, f(Hz)= fréquence, q'(J/kg)= énergie massique et
Jn(sr/m)= nombre d'onde
Pour une onde de matière on a d' = (h / m.c².λ) + T* / ω
n'( rad/m )= nombre d'onde angulaire
h= constante de Planck
ω(rad/s)= vitesse angulaire
c(m/s)= constante d’Einstein (2,99792458 .108 m/s)
λ(m)= longueur d’onde
m(kg)= masse au repos
7.ONDE ÉLASTIQUE: notion utilisée pour les vibrations dans les réseaux
8.ONDE ÉLECTROMAGNÉTIQUE voir chapitre spécial
Les rayonnements électromagnétiques sont des photons.
Longueurs d’onde électromagnétiques:
10.000 à 800 m (grandes ondes radio)
700 à 100 m (petites ondes radio)
100 à 10 m (ondes courtes radio)
10 à 1 m (ondes pour télévision –micro-ondes -maser)
1 à 10-1 m (micro-ondes industriels, maser-radar)
10-1 à 10-2 m (μ-ondes publics-radar-laser)
10-2 à 10-5 m (rayons T pour imagerie-radar-laser)
10-5 à 10-6 m (laser-grand infrarouge)
10-6 à 4.10-7 m (laser-infrarouge-lumière visible
4.10-7 à 3.10-7 m (ultraviolet proche)
3.10-7 à 3.10-8 m (ultraviolet lointain -dont court-)
3.10-9 à 3.10-11 m (rayons X)
< 10-11 m (rayons gamma)
9.ONDE ÉLECTRONIQUE de PLASMA (à effet Langmuir)
Créées par les variations de densité électronique en plasmas chauds, leur vitesse moyenne est :
v = (ωL²- ω0²)1/2/ T*
où v(m/s)= vitesse moyenne des électrons
ωo et ωL(rad/s)= vitesses angulaires de l’onde et de Langmuir
T* (rad-m-1)= NOMBRE d’onde angulaire
10.ONDE FLUIDIQUE = onde impliquée dans un fluide
La Relativité rappelle qu'il existe des ondes gravitationnelles similaires (et additives) aux ondes électromagnétiques.Elles affectent les coordonnées spatiales de notre espace-temps
12.ONDE de GRAVITÉ = onde concernant les phénomènes de mécanique terrestre, comme les vagues, les ondes de Kelvin (qui sont des vagues d'effet Coriolis), des ondes sismiques, des ondes de vorticité (ou de Rossby)
13.ONDE HARMONIQUE = qualificatif d'une onde issue d'une oscillation dont l'évolution dans le temps est de nature sinusoïdale et dont la fréquence d'oscillation ne dépend que des caractéristiques du système (donc elle est idéalement considérée sans frottement, pour que sa représentation soit une sinusoïde constante)
Dans l'onde harmonique: accélération et position sont proportionnelles
Si plusieurs ondes sont harmoniques entre elles, elles ont des fréquences multiples (à un entier près)
Les exemples d'ondes harmoniques sont : un pendule simple--une masse supendue à un ressort de rappel--un circuit électrique LCR (ou seulement LC)--une particule qui est dans son puits d'énergie--
L’équation d’onde harmonique en mécanique est du genre γ + f².l = 0 (f ) étant la fréquence, (γ) l'accélération et (l) la position
Quand il s’agit des oscillations des solides, l’onde peut être linéaire (pour tiges et cordes) ou surfacique (pour membranes) ou volumique (pour cloches)
Une onde est dite complexe quand elle est formée de plusieurs ondes harmoniques superposées (avec coefficients de Fourier) Ses divers constituants ont alors des fréquences multiples d’une fréquence de base (celle-ci étant dénommée "fondamentale") et les autres sont des harmoniques de rang n(où n est un nombre entier), qui sont multiples de la fréquence fondamentale
14.ONDE sur INTERFACE
Il y a coincidence de plusieurs ondes, selon le milieu en cause.
Un exemple de cette nature est l’onde créée suite au choc d'une pierre dans l'eau : il y a d’une part, l'onde visible sur l'interface eau-air (les cercles concentriques sur l’eau) mais il y a aussi une autre partie de l'onde peu visible (vers la profondeur de l'eau) et enfin une dernière partie, qui est l'onde acoustique (le son du choc, perçu dans l'air au-dessus)
L’onde visible à la surface de l’eau se déplace parallèlement à l’interface et elle oscille sur une certaine épaisseur (transverse)Les formules concernant son déplacement sont:
vc = (g.λ+ W't / λ.ρ')1/2 et f ² = g.T*v + (W’t / V.ρ')
où vc(m/s)= vitesse de phase
f(Hz)= fréquence de l'onde (la vibration)
W’t(N/m)= tension superficielle
l(m)= longueur d’onde
g(m/s²)= pesanteur
T*v(m-1)= vecteur d’onde
W’t(N/m)= tension superficielle
V(m3)= volume déplacé
ρ'(kg/m3)= masse volumique
>>> le produit (g.Jn) représente le rôle de la pesanteur (et si la longueur d’onde λ est grande, il est prépondérant)
>>> le produit (W't / ρ') représente le rôle de la capillarité (et si la longueur d’onde λ est petite, il est prépondérant)
La relation ci-dessus n’est valable que pour (lé.Jn) > 1 avec lé = épaisseur totale du milieu inférieur (eau) où se propage l’onde
15.ONDE LIBRE est un synonyme d'onde harmonique
16.ONDE LINÉAIRE(ou ONDE RECTILIGNE) = onde dont les crêtes et les creux sont parallèles et rectilignes
17.ONDE LONGITUDINALE = onde dont la perturbation est colinéaire à la vitesse (propagation et élongation sont colinéaires)
La vibration est dans la même direction que la propagation de l'onde (c'est le cas des ondes acoustiques)
18.ONDE de MATIÈRE (ou ONDE de DE BROGLIE) onde dont il faut doter les particules, pour pouvoir expliquer leurs propagations -et les incidences d’icelles (diffraction, interférences).
Comme toute onde, elle est caractérisée par ses paramètres [Equation-Fréquence-Longueur- Nombre (et vecteur)-Période-Phase-Vitesse(célérité)]
Sa longueur d'onde est λB = h / Q’
λB(m)= longueur d’onde de de Broglie
h(J-s)= constante de Planck (6,62606876.10-34J-s)
Q’(kg-m/s)= quantité de mouvement (impulsion) de la particule
Valeurs pratiques de λB (arrondies, en m): électron (# 10-12)--proton (# 10-15)--
particule alpha (# 10-16)--et les objets à vitesse usuelle macroscopique (# 10-34)
19.ONDE MODULÉE = onde qui acquiert une modification de structure, permettant de lui faire porter une information occasionnelle
20.ONDE MONOCHROMATIQUE (OPPM) = onde où n'est concernée qu'une seule fréquence (et une seule longueur d'onde )
21.ONDE de NEUTRINOS = onde concernant les neutrinos
22.ONDE PERTURBATOIRE = onde qui intervient à l'encontre des conditions initiales ayant généré une première onde (par exemple si, dans un plan donné, on change la direction de l'onde initiale)
23.ONDE PLANE = onde dont les fronts d’onde sont des plans perpendiculaires à la propagation
. une OPPM est une onde plane progressive monochromatique
où le champ est E = E0cos(wt - J0.l + j)
une OPPS est une onde plane à propagation sinusoïdale
.une OPPH est une onde plane à propagation harmonique
une OTEM est une onde transverse électrique magnétique
24.ONDE POLARISÉE = onde dont l’angle entre vecteur d’onde et direction des élongations varie
25.ONDE de PROBABILITÉ = onde dont les conséquences sont incertaines
26.ONDE PROGRESSIVE = onde qui se meut dans une direction et un sens constants (dont on voit la progression) et qui peut être transversale ou longitudinale
27.ONDE dans 1 RÉSEAU on considère ici les vibrations à l’échelle particulaire, dans les réseaux -dont les cristallins-
28.ONDE RADIO(ELECTRIQUE) = produite par oscillateur d'un champ oscillant (transverse à son onde), émise et reçue par des antennes
29.ONDE SOLITAIRE = onde dont la fréquence est unique (exemple du mascaret dans un fleuve côtier)
30.ONDE SONORE = onde acoustique limitée aux fréquences audibles
31.ONDE SPHÉRIQUE = onde dont les fronts d’onde sont des sphères concentriques à la source (qui est alors ponctuelle) Si la source est linéaire, l'onde est cylindrique et si la source est planaire, l'onde est plane
32.ONDE STATIONNAIRE voir chapitre spécial
33.ONDE de SURFACE = onde se propageant sur la surface d’un liquide
-sa vitesse de phase dépend de la longueur d’onde-
Exemple d’une interface gaz-liquide (cas des ronds dans l'eau):
vc = (g.λ+ W't / (λ.ρ')1/2
où vc(m/s)= vitesse de phase (célérité) de l’onde et g(m/s²)= pesanteur
W’t (N/m)= tension superficielle
λ(m)= longueur d’onde
ρ’(kg/m3)= masse volumique
34.ONDE TRANSVERSALE (ou transverse) = onde dont la coordonnée est perpendiculaire à l’élongation -ce qui peut aussi se dire :"quand son déplacement est perpendiculaire à sa propagation"- (Ex: corde vibrante, ou champ magnétique)
35.ONDE VECTORIELLEMENT REPRÉSENTABLE = terminologie exprimant que l’onde a la possibilité d’être représentée par un vecteur unitaire, dit vecteur d’onde, normal au front d’onde. Et qui montre la direction de propagation de l’onde