Les ondes mécaniques : définition et exemples

Premier exemple :

Un objet de petite dimension flotte sur une étendue d’eau calme. Il n’y a ni vent, ni courant.
Un promeneur jette une pierre dans l’eau, à proximité de l’objet flottant.

• Qu’observe-t-on ?

La surface de l’eau est animée d’un mouvement qui tend à se répéter en s’éloignant de la position où la pierre a touché la surface de l’eau.
On peut aussi dire que, la pierre jetée dans l’eau a créé une perturbation qui se traduit ici par un mouvement de la surface de l’eau : en un point considéré de la surface, l’eau s’écarte de sa position d’équilibre au passage de la perturbation puis revient dans sa position d’équilibre après le passage de la perturbation.

Ce mouvement se propage à la surface de l’eau. Au bout de quelques secondes, on constate que l’objet flottant est soumis à ce même mouvement, et qu’après le passage de cette perturbation, l’objet reprend sa position initiale sans aucun déplacement : la propagation de la perturbation s’est effectuée sans transport de la matière.

Autrement dit, une onde mécanique a été créée en jetant une pierre dans l’eau (source de l’onde). Cette onde mécanique se visualise par un mouvement de la surface de l’eau (perturbation) qui se propage à la surface de l’eau (milieu matériel de propagation) sans transport de matière.

De façon générale :

Une onde mécanique est un phénomène de propagation d’une perturbation dans un milieu matériel, sans transport de matière. Elle ne se propage donc pas dans le vide.La perturbation correspond à une variation d’une propriété mécanique (vitesse, position, énergie, etc.) des points d’un milieu matériel.

Remarque : la propagation d’une onde mécanique peut se faire dans des milieux à une, deux ou trois dimensions. La direction dans laquelle la perturbation se déplace est la direction de propagation.

Deuxième exemple :

Une corde horizontale est attachée à une extrémité. Avec la main, on soumet à la corde une brusque secousse verticale.

• Qu’observe-t-on ?

On observe une perturbation qui se propage le long de la corde (milieu matériel de la propagation).
Cette perturbation crée un petit déplacement de chacun des points de la corde par rapport à sa position d’équilibre. Au passage de la perturbation, un point M de la corde s’élève, culmine, puis redescend.
La perturbation s’est déplacée horizontalement le long de la corde (direction de la propagation). Au cours de la déformation, les points de la corde se sont déplacés verticalement de leur position d’équilibre. Cette onde est donc dite transversale.

De façon générale :

Si la déformation du milieu matériel a lieu normalement (c'est-à-dire perpendiculairement) à la direction de la propagation de la perturbation, alors l’onde est dite transversale.

Troisième exemple :

On dispose d’un ressort tendu horizontalement. A l’extrémité de ce ressort, on comprime quelques spires, puis on lâche brusquement.

Qu’observe-t-on ?

On observe le déplacement de la compression le long du ressort, celui-ci restant tendu horizontalement.
Autrement dit, la perturbation créée est le petit déplacement de chaque spire par rapport à sa position d’équilibre, qui se propage le long du ressort tendu (milieu matériel de propagation).
La perturbation s’est déplacée horizontalement le long du ressort (direction de la propagation). Au cours de la déformation, les points du ressort se sont déplacés horizontalement de leur position d’équilibre. Cette onde est donc dite longitudinale.

De façon générale :

Si la déformation du milieu matériel a lieu parallèlement à la direction de la propagation de la perturbation, alors l’onde est dite longitudinale.