Onde longitudinale
Onde longitudinale, onde consistant en une perturbation ou une vibration périodique qui se produit dans la même direction que l’avancée de l’onde. Un ressort enroulé qui est comprimé à une extrémité puis relâché subit une onde de compression qui parcourt sa longueur, suivie d’un étirement ; un point de n’importe quelle spire du ressort se déplacera avec l’onde et reviendra par le même chemin, passant par la position neutre puis inversant à nouveau son mouvement. Le son qui se déplace dans l’air comprime et raréfie également le gaz dans le sens de la marche de l’onde sonore pendant qu’il vibre d’avant en arrière. Les ondes sismiques P (primaires) sont également longitudinales. Dans une onde longitudinale, chaque particule de matière vibre autour de sa position normale de repos et le long de l’axe de propagation, et toutes les particules participant au mouvement de l’onde se comportent de la même manière, sauf qu’il y a un changement progressif de la phase (q.v.) de la vibration – c’est-à-dire que chaque particule complète son cycle de réaction à un moment ultérieur. Les mouvements combinés entraînent l’avancée de régions alternées de compression et de raréfaction dans la direction de la propagation.
Un modèle mécanique est utile pour expliquer les ondes longitudinales. En haut de la figure, de petites masses A, B, C, etc. sont reliées entre elles par des ressorts hélicoïdaux pour représenter un milieu de transmission qui possède des propriétés d’inertie et d’élasticité. Comme la masse B a de l’inertie, le mouvement de A vers la gauche (flèche 2) étend le ressort auquel il est attaché et le mouvement vers la droite (flèche 1) le comprime. Un mouvement correspondant sera communiqué à B par le ressort, sauf qu’il y aura un léger décalage de phase. La masse B transmettra son mouvement à son partenaire C, et ainsi de suite, l’impulsion allant de A à K et le décalage augmentant progressivement. A l’instant indiqué, A devance J en phase de 360° ; A commence sa deuxième vibration, tandis que J commence à peine sa première.
Tiré de Physics by Erich Hausmann and Edgar P. Slack by Litton Educational Publishing, Inc. Réimprimé avec la permission de Van Nostrand Reinhold Company.
Une représentation transversale d’une onde longitudinale est montrée au bas de la figure. Des lignes verticales y sont tracées à travers les positions de repos (indiquées par a,b,c, etc.), avec des longueurs proportionnelles aux distances que les masses ont parcourues par rapport à l’équilibre (leurs amplitudes). Les lignes sont tracées vers le haut de l’axe lorsque le déplacement se fait vers la gauche et vers le bas lorsqu’il se fait vers la droite. Une courbe lisse tracée à travers les extrémités des lignes verticales donne une courbe transversale. Cette courbe transversale montre qu’il y a une compression et une raréfaction par cycle, aj étant une longueur d’onde. La fréquence serait représentée par le nombre de cycles complets exécutés par l’une des masses par seconde.