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La physique des ondes étudie les déformations qui se propagent dans un milieu, que celui-ci soit matériel ou non. Il existe trois grandes catégories d’ondes : les ondes gravitationnellesondes gravitationnelles, les ondes mécaniques et les ondes électromagnétiques.
Les trois types d'ondes
Les ondes sont catégorisées en 3 grandes familles :
- Les ondes gravitationnelles qui sont liées à la notion de relativité et de l'espace-temps. La rédaction de Futura a consacré un dossier entier à ces ondes gravitationnelles qui transportent l'énergie à la vitesse de la lumière. Elles sont notamment au coeur de l'étude des trous noirs en astrophysiqueastrophysique.
- Les ondes mécaniques sont celles qui se propagent dans un milieu matériel qu'il soit liquideliquide, gazeux ou solidesolide. On y retrouve par exemple la houlehoule qui se forme dans l'eau, les ondes sismiquesondes sismiques qui sont dans la croûte terrestrecroûte terrestre ou encore les ondes sonoresondes sonores qui sont invisibles à l'oeil nu mais qui se diffusent grâce à l'airair.
- Les ondes électromagnétiques comprennent à la fois la lumière mais aussi les ondes radios. Ce qui les différencie des deux autres catégories sont leurs capacités à transporter de l'énergie mais aussi de l'information. C'est la raison pour laquelle elles sont au centre des progrès technologiques en matièrematière de télécommunications.
La longueur d'onde est l'une des caractéristiques propres à chaque onde, quelle que soit sa nature. Elle se note à l'aide de la lettre grecque lambda : λ. Elle représente la périodicité spatiale des oscillations, c'est-à-dire la distance entre deux maximas de l'oscillation, par exemple. La longueur d'onde est aussi la distance parcourue par l'onde pendant une période d'oscillation. Ainsi, elle est inversement proportionnelle à la fréquence et s'exprime en mètre.
La longueur d'onde représente la distance parcourue par l'onde pendant une période d'oscillation. © Schlurcher, Wikipedia, CC by-sa 3.0
À chaque onde, sa longueur d’onde
Notez que la longueur d'onde dépend de la vitesse à laquelle l'onde se propage dans le milieu. Ainsi, lorsqu'une onde passe d'un milieu à un autre en changeant de vitesse, sa longueur d'onde varie, même si sa fréquencefréquence reste la même. Le tout selon la relation suivante : λ = c.TT = c/f, où c correspond à la céléritécélérité de l'onde, T à sa période temporelle et f à sa fréquence.
Les noms donnés aux ondes électromagnétiques permettent de les situer sur l'échelle des longueurs d'onde. Les ondes radio présentent des longueurs d'onde supérieures à 30 centimètres. Les longueurs d'onde de la lumière visible se situent entre 400 et 700 nanomètresnanomètres. Et chaque couleur de la lumière visible est caractérisée par un intervalle de longueur d'onde. Ainsi, le vert se situe autour des 510 nanomètres et le rouge, autour des 650 nanomètres.
Rappelons également que plus la longueur d'onde d'une onde électromagnétique est courte, plus l'énergie qu'elle transporte est grande. Les rayons X par exemple présentent une longueur d'onde comprise entre 10-11 et 10-8 mètres. Ils transportent ainsi plus d'énergie que les micro-ondes dont la longueur d'onde se situe entre 3 millimètres et 30 centimètres.
