Commentlalongueur d'onde définit-elle lespropriétés de l'onde ?

[Bilbon]

Bonjour à tous.

Au risque de passer pour le dernier des blaireaux, ce à quoi, ma foi, je suis assez rompu, je vais vous soumettre, Ô grandes éminences scientifiques, une question qui risque de faire rire sous cape jusqu'au plus ouverts d'entre vous.
En effet, ayant des connaissances plus que limitées en sciences, je me heurte à un problème lorsque j'essaye de comprendre le principe des ondes électromagnétiques (vaste programme s'il en est) : comment la longueur d'onde, à elle seule, permet de cataloguer différentes ondes en des catégories aussi différentes que les ondes radios ou les rayons gammas? Ainsi, pour moi, la seule différence entre deux ondes aux propriétés radicalement différentes (comme la lumière visible, les rayons X, les infrarouges....) est leur longueur d'onde respective. A partir de là je me pose la question : en quoi la distance parcourue durant une période (ce qui est, je crois, la définition approximative de la longueur d'onde) peut-elle définir les caractéristiques, les propriétés de chaque onde? Comment cela s'explique-t-il physiquement?

Voilà, j'espère avoir été clair et m'excuse platement en cas d'infarctus de la part de distingués scientifiques qui auraient lu la risible question d'un petit scarabée intellectuel perdu dans le grand océan électromagnétique.

B.
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[Deedee81]

Salut,

Ne t'excuse pas pour les questions basiques (qui ne le sont parfois pas toujours et ce sont en plus souvent des questions qui embrassent des domaines énormes). C'est normal de poser ce genre de question.

comment la longueur d'onde, à elle seule, permet de cataloguer différentes ondes en des catégories aussi différentes que les ondes radios ou les rayons gammas? Ainsi, pour moi, la seule différence entre deux ondes aux propriétés radicalement différentes (comme la lumière visible, les rayons X, les infrarouges....) est leur longueur d'onde respective. A partir de là je me pose la question : en quoi la distance parcourue durant une période (ce qui est, je crois, la définition approximative de la longueur d'onde) peut-elle définir les caractéristiques, les propriétés de chaque onde? Comment cela s'explique-t-il physiquement?

Je vais noter deux aspects, d'autres complèteront sans doute.

Les ondes ont des propriétés (réflexion, absoprtion, réfraction, etc...) liée à leur longueur d'onde. En particulier, pour interagir avec une grande longueur d'onde il faut un grand objet. L'exemple typique c'est les vagues. Si tu as des vagues de très grande longueur d'onde (grande distance séparant deux sommets des vagues) il est clair qu'un minuscule piquet dans l'eau de va pas beaucoup les affecter.

Inversement si tu as des vagues de petites longueur d'onde et qu'elles passent par un trou, au-delà, on a un faisceau de vagues qui continue en ligne droite, d'où le concept de rayon lumineux.
http://www.gcsescience.com/No-Diffra...ater-Waves.gif
Alors que de très grandes longueurs d'onde vont se disperser.
http://physique.haplosciences.com/Diffraction.gif

Ceci explique déjà pas mal de différences de comportement.

Pour interagir avec l'onde il faut donc des objets de la taille appropriée. En électromagnétisme on utilise ainsi fréquemment des antennes "demi-longueur d'onde". Si l'antenne n'a pas la bonne taille les performances diminuent.

On comprend bien que pour des ondes radios centimériques ou métriques ça marche bien. Mais pour des longueurs d'ondes micrométriques ou nanométriques (lumière, X,...) on arrive à l'échelle des atomes.

Voilà qui explique bien des différences dans les comportements physiques.

Deuxième aspect important : l'énergie. Comme tu l'as surement entendu dire, une onde électromagnétique est en réalité composée de "photons". Des objets quantiques au comportement bizarres (ils sont mi particule - mi onde) mais qui ont un aspect important : ils transportent une quantité précise d'énergie. L'énergie d'un photon c'est h*f (h = constante de Planck, f = fréquence = c / l, c = vitesse de la lumière, l = longueur d'onde).

Ainsi, les ondes radios ont des photons d'une très faible énergie. Pratiquement seul l'aspect ondulatoire se manifeste.

Par contre, pour la lumière visible, les photons ont des énergies de l'ordre d'un électronvolt. C'est à peu près dans la gamme d'énergie de la chimie, c'est-à-dire de l'énergie des électrons impliqués dans des liaisons moléculaires. Or les électrons sont chargés électriquement et ils interagissent bien avec les photons. La lumière visible envoie donc des photons capables de provoquer certaines modifications chimiques.

Voilà qui explique pourquoi cette lumière est visible. C'est justement dans cette gamme d'énergie que des molécules comme la rhodopsine ou la chlorophyle peuvent absorber les photons qui ont juste assez d'énergie.

Les rayons X et pire gamma, ont des photons ultra-énergétique. Ils peuvent éjecter les électrons hors des atomes et provoquer de gros dégats.

Voilà. Voilà comment deux aspects (ondes et énergie) peuvent expliquer des comportements physiques si différent.

[mariposa]

Bonjour à tous.

Au risque de passer pour le dernier des blaireaux, ce à quoi, ma foi, je suis assez rompu, je vais vous soumettre, Ô grandes éminences scientifiques, une question qui risque de faire rire sous cape jusqu'au plus ouverts d'entre vous.
En effet, ayant des connaissances plus que limitées en sciences, je me heurte à un problème lorsque j'essaye de comprendre le principe des ondes électromagnétiques (vaste programme s'il en est) : comment la longueur d'onde, à elle seule, permet de cataloguer différentes ondes en des catégories aussi différentes que les ondes radios ou les rayons gammas? Ainsi, pour moi, la seule différence entre deux ondes aux propriétés radicalement différentes (comme la lumière visible, les rayons X, les infrarouges....) est leur longueur d'onde respective. A partir de là je me pose la question : en quoi la distance parcourue durant une période (ce qui est, je crois, la définition approximative de la longueur d'onde) peut-elle définir les caractéristiques, les propriétés de chaque onde? Comment cela s'explique-t-il physiquement?

Voilà, j'espère avoir été clair et m'excuse platement en cas d'infarctus de la part de distingués scientifiques qui auraient lu la risible question d'un petit scarabée intellectuel perdu dans le grand océan électromagnétique.

B.

Bonjour,

Une onde c'est quelque chose qui est à la fois périodique dans l'espace et périodique dans le temps et mathématiquement représentée par une fonction:

A.cos (w.t -k.x)

avec w = 2.Pi/T (T est la période temporelle)

et

k = 2.pi/Lambda (Lambda est la période spatiale appelée longueur d'onde)

Par exemple les vagues sur la mer obéissent à cette loi et si tu fais une photon (donc à temps fixé) la distance entre 2 sommets de vagues vaut Lambda.

Remarque: Les ondes ne sont pas que électromagnétiques puisque j'ai pris l'exemple des vagues qui sont des ondes de surface hydrodynamiques. On pourrait prendre également les ondes sonores etc..

[Bilbon]

Merci beaucoup à vous deux pour vos réponses.
Désolé si je me montre chiant Deedee81, mais ta réponse (dont je te remercie pour la clarté et la pertinence) m'évoque une nouvelle question : tu dis ceci :

Pour interagir avec l'onde il faut donc des objets de la taille appropriée.

Pourrais-tu s'il te plaît m'expliquer comment on détermine cette "taille appropriée" à partir de la longueur d'onde ?

Merci d'avance

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

Pourrais-tu s'il te plaît m'expliquer comment on détermine cette "taille appropriée" à partir de la longueur d'onde ?

La taille appropriée est de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde.

Pour l'établir on utilise les lois de l'optique (qui ne sont pas simplistes).

Tiens, en cherchant des images parlantes je suis tombé sur ça :
http://deuns.chez.com/sciences/ondes/ondes1.html

Une introduction aux ondes qui m'a l'air fort sympathique et que je te conseille donc.

Pour ce qui est de la taille appropriée, voir la section 3-2 ou on voit qu'un objet nettement plus petit que la longueur d'onde provoque peu de perturbation (interaction faible avec l'onde).

[pithut]

Pour interagir avec l'onde il faut donc des objets de la taille appropriée. En électromagnétisme on utilise ainsi fréquemment des antennes "demi-longueur d'onde". Si l'antenne n'a pas la bonne taille les performances diminuent.[...]On comprend bien que pour des ondes radios centimériques ou métriques ça marche bien. Mais pour des longueurs d'ondes micrométriques ou nanométriques (lumière, X,...) on arrive à l'échelle des atomes.

Y a-t-il des limites de longueurs d'onde?

pour exemple ne pourrait-il pas exister des ondes avec un ordre de longueur d'onde d'1 UA ou 1 AL voir plus...ne faudrait-il pas un détecteur gigantesque...
inversement des longueurs d'ondes inférieur aux rayons gamma...

[Bilbon]

D'accord, merci beaucoup de ta réponse Deedee81, et pour ta patience surtout.

[Deedee81]

Salut,

Y a-t-il des limites de longueurs d'onde?

Pour les grandes longueurs d'onde, a priori non.

On peut toujours imaginer des charges oscillant aussi lentement qu'on veut en créant des ondes d'une très très très grande longueur d'onde.

pour exemple ne pourrait-il pas exister des ondes avec un ordre de longueur d'onde d'1 UA ou 1 AL voir plus...ne faudrait-il pas un détecteur gigantesque...

Un autre problème est la faiblesse de ces ondes, leur énergie infime. Il serait sans doute très difficile de les détecter.

inversement des longueurs d'ondes inférieur aux rayons gamma...

Et là, c'est la création de l'onde qui est difficile. Il est très difficile de créer des photons d'énergie colossale.

Les photons les plus énergétiques créés sont d'origine cosmique. Je ne connais pas le record. C'est du coté des sursauts gamma.

Il doit aussi y avoir une limite supérieure (masse de Planck, formation d'un trou noir, etc... ????)

[pithut]

merci deedee pour tes réponses

[Vladzol]

Salut à tous,

Une onde c'est quelque chose qui est à la fois périodique dans l'espace et périodique dans le temps et mathématiquement représentée par une fonction:

A.cos (w.t -k.x)

Je poste ma réponse avec la première forme qui me vient à l'esprit, je le signale car on me dit parfois que mon style est aride:

Non! Je pense que c'est parce que ce genre de réponse est trop répandu que tant de gens ont en tête qu'une onde est "un truc qui ondule".

Le mot onde désigne le mode de propagation d'une grandeur physique qui varie dans l'espace et dans le temps, ces variations étant reliées comme indiqué dans l'équation d'onde, et la solution générale de cette équation est une combinaison linéaire de fonctions sinus et cosinus.

De fait une onde peut avoir à peu près n'importe quelle gueule, ce n'est pas nécessairement un beau truc régulier qui ondule comme les fonctions cosinus ou sinus.

Etant flemmard et assez ignare en bureautique je ne copie-colle pas cette solution générale, vous pouvez la voir en début de page 5 du doc suivant:

http://web2.uqat.ca/lerene/Webcours/...l/m40-0135.pdf

cord.

[pithut]

Salut à tous,
Non! Je pense que c'est parce que ce genre de réponse est trop répandu que tant de gens ont en tête qu'une onde est "un truc qui ondule".

Le mot onde désigne le mode de propagation d'une grandeur physique qui varie dans l'espace et dans le temps, ces variations étant reliées comme indiqué dans l'équation d'onde, et la solution générale de cette équation est une combinaison linéaire de fonctions sinus et cosinus.

De fait une onde peut avoir à peu près n'importe quelle gueule, ce n'est pas nécessairement un beau truc régulier qui ondule comme les fonctions cosinus ou sinus.

ne peut-on avoir une bonne image qui s'y rapproche alors? est-ce que l'on ne pourrait pas s'en rapprocher(d'une bonne image) en l'illustrant avec la polarisation...