Les ondes dans la matière
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Comment décrire leur propagation dans la matière ?
Créée par un vent lointain (loin des côtes), la houle peut se superposer à des vagues en arrivant près des côtes.
• sa hauteur H (= distance entre un creux et une crête) qui est faible en pleine mer et qui augmente près des côtes lorsque la profondeur des fonds diminue.
• sa période T, qui est très élevée car la houle est une onde mécanique périodique et transversale à deux dimensions
• sa longueur d’onde L (= distance entre deux vagues) qui peut atteindre plusieurs centaines de mètres
• sa célérité v qui est de l'ordre de plusieurs mètres par seconde
• la profondeur moyenne d de l’eau avant le passage de l’onde.
Le point qui se trouve à la verticale du foyer est l’épicentre du séisme.
À partir du foyer, les ondes se propagent en volume ou en surface.
Les ondes sismiques sont détectées à l’aide de sismographes, disposés dans des stations de mesure.
Remarque : Les ondes sismiques ne sont pas des ondes périodiques, mais il peut y avoir des répliques quelques heures, voire quelques jours après le premier tremblement.
Les ondes de volume peuvent être de plusieurs types :
• les ondes P (ondes primaires) sont des ondes longitudinales se propageant avec une haute célérité (environ 6 km.s-1).
• les ondes S (ondes secondaires) sont des ondes transversales se propageant à une célérité plus faible (environ 4 km.s-1).
La célérité des ondes de volume varie en fonction du milieu qu’elles traversent (état solide ou liquide, densité, nature etc ...). Les ondes de volume peuvent être réfléchies ou réfractées lorsqu’elles arrivent sur des surfaces séparant des milieux dont les caractéristiques sont différentes.
Les ondes de surface sont de deux types :
• les ondes de Love
• les ondes de Rayleigh
Elles se propagent à la surface de la Terre, telles des vagues, et provoquent des déplacements horizontaux. Leur célérité est de l’ordre de 4 km.s-1.
Voici un exemple d’enregistrement :
Chaque onde se propage à une célérité plus ou moins élevée. Toutes les ondes ne sont donc pas reçues en même temps.
Avec l’échelle de Richter, la magnitude d’un tremblement de terre mesure l’énergie libérée au foyer d’un séisme. Le principe est le suivant : plus l’énergie est élevée et plus la magnitude, élevée.
La magnitude est calculée sur une échelle logarithmique : lorsque l’énergie libérée est multipliée par 30 (ou si l’amplitude du mouvement est multipliée par 10), cela correspond à une augmentation de 1 sur l’échelle.
L’échelle de Richter est une échelle ouverte et sans limite supérieure. Cependant, les séismes les plus puissants ont rarement dépassé la magnitude 9,0. Les valeurs de magnitude peuvent être négatives si le sismographe est très précis.
Le tableau ci-dessous récapitule les effets d’un séisme en fonction de sa magnitude :
Le son est une onde mécanique longitudinale. En effet, la déformation du milieu est parallèle à la direction de propagation.
La propagation du son nécessite un milieu matériel élastique et compressible. Le son se propage donc dans tous les corps gazeux, liquides ou solides. En revanche, il ne se propage pas dans le vide.
Le son se propage, à partir de sa source, dans toutes les directions qui lui sont offertes. L’air est un milieu à trois dimensions, le son se propage donc dans tout l’espace.
• La célérité du son dans l’air, à température ambiante, est de 340 m.s-1
• Plus la température de l’air est élevée et plus la célérité est élevée
• La célérité du son dans l’air dépend peu de la pression de l’air.
Plus l’amplitude des vibrations sonores émises est grande, plus l’intensité du son émis est forte.
L’intensité sonore, notée I, s’exprime en Watt par mètre carré (W.m-2).
Le niveau sonore sert à connaître le nombre de fois qu'une intensité sonore est plus grande qu’une autre appelée référence.
On appelle niveau sonore L la grandeur : L =
avec I0 le seuil d'audibilité, tel que : I0 = 10-12 W.m-2
Le niveau sonore est une grandeur sans dimension, s’exprime en décibel acoustique et est mesuré par un sonomètre.
Toutes ces ondes ont des caractéristiques qui leur sont propres : ce sont des ondes transversales ou longitudinales, qui se propagent à la célérité v dépendant des propriétés du milieu (élasticité, état, température …) et qui peuvent être réfléchies, ou réfractées.
Pour mesurer l’effet de ces ondes sur la matière, on dispose d’échelles : l’échelle de Richter pour les séismes et le niveau sonore pour les ondes sonores.
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