Ondes matérielles (vitesse et génération)

[invited6ef46c0]

Bonjour,

J'ai quelques incertitudes concernant les ondes matérielles.

Il s'agit si je ne me trompe d'une diffusion de quantité de mouvement (pas de transport de matière) qui se propage via les chocs de particules entre elles.

D'après ce qu'il m'a semblé comprendre, ces ondes se déplacent toutes à la célérité du milieu qu'elles traversent (de l'ordre de 330 m/s dans l'air) ?
Mais pour générer une onde se déplaçant à cette vitesse il faut nécessairement utiliser une quantité de mouvement provenant d'une particule en mouvement?
Avec des particules de masses similaires, il faudrait donc que la particule initiale est une vitesse supérieure ou égale à la célérité pour transférer la quantité de mouvement?
Si les ondes se déplacent toutes à la célérité, est ce que cela veut dire que des particules dont la vitesse est inférieure à la célérité ne créent pas d'ondes?

Voilà comme vous pouvez le voir c'est assez confus dans ma tête. Quelles sont mes erreurs de raisonnement?

Merci pour l'aide que vous pourrez m'apporter
PS : Je suis nouveau, j'espère avoir respecté l'étiquette avec ce premier message
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[invitef17c7c8d]

Pas mal du tout ton raisonnement, mais comme il te manque un peu des billes, tu arrives à une impasse.

Ce qui est amusant dans l'établissement de l'équation d'onde et de la vitesse de propagation de l'onde, c'est qu'on part d'hypothèses qui disent que rien ne change localement: à savoir, la masse ne change pas et la quantité de mouvement ne change pas (localement).

C'est ce qu'on nomme pompeusement des lois de conservations.
Et du coup, puisqu'on regarde le milieu localement, on introduit un petit élement infinitésimal du milieu : la particule.

Cette particule oscille à une certaine vitesse, la vitesse particulaire, qui est différente de la vitesse de propagation de l'onde.

La vitesse de propagation d'une onde est
E c'est la rigidité et rho est la masse inertielle.
L'effet d'inertie a toujours tendance à ralentir les mouvements.
La rigidité d'un milieu a tendance au contraire à accélérer les mouvements.

[phys4]

D'après ce qu'il m'a semblé comprendre, ces ondes se déplacent toutes à la célérité du milieu qu'elles traversent (de l'ordre de 330 m/s dans l'air) ?
Mais pour générer une onde se déplaçant à cette vitesse il faut nécessairement utiliser une quantité de mouvement provenant d'une particule en mouvement?
Avec des particules de masses similaires, il faudrait donc que la particule initiale est une vitesse supérieure ou égale à la célérité pour transférer la quantité de mouvement?
Si les ondes se déplacent toutes à la célérité, est ce que cela veut dire que des particules dont la vitesse est inférieure à la célérité ne créent pas d'ondes?

Voilà comme vous pouvez le voir c'est assez confus dans ma tête. Quelles sont mes erreurs de raisonnement?

Bonsoir,
Il n'est pas nécessaire de considérer chaque particule, une onde sonore peut se propager dans un milieu continu.
L'onde est une oscillation du milieu caractérisée par une vitesse et une pression vibratoire.
La vitesse vibratoire est beaucoup plus petite que la vitesse de l'onde et il n'y a pas de lien direct entre les deux.
La pression change la vitesse du milieu en contact ce qui change sa pression qui se transmet au voisin ......

L'amplitude vibratoire détermine la vitesse vibratoire locale et détermine la puissance transmise par l'onde.

La vitesse de l'onde est indépendante de la puissance, jusqu'à une certaine limite, elle dépend des caractéristiques du milieu :
densité : plus la densité est faible plus le milieu peut prendre de la vitesse sous l'effet de la pression et plus l'onde est rapide.
rigidité : plus la rigidité est forte et plus le mouvement vibratoire crée de pression ce qui accélère l'onde.

[invitef17c7c8d]

Il n'est pas nécessaire de considérer chaque particule, une onde sonore peut se propager dans un milieu continu.
.

C'est intéressant ce que tu dis, car cela pose la question du continu et du discret.

Mais il faut savoir, qu'en mécanique des milieux continus, on définit aussi et surtout la notion de particule qui n'est bien evidemment pas une particule physique tel un atome par exemple.

Je trouve d'autre part que c'est une théorie (la Mécanique des Milieux Continus) avec des qualités "féminines", tout en douceur. Très bien pour décrire l'onde se propageant délicatement dans l'air.
Cette théorie n'aime pas justement les discontinuités, les cassures, les fractures, la turbulence.

[A voir en vidéo sur Futura]

[obi76]

Salut,

en quoi elle n'aime pas la turbulence ?

[phys4]

C'est intéressant ce que tu dis, car cela pose la question du continu et du discret.

Il n'y a pas vraiment de conflit en ce qui concerne la propagation des ondes.
L'approche par milieu continu est beaucoup plus facile à traiter et il possible de passer d'une approche à l'autre.

La théorie des gaz parfaits impose un lien entre les molécules d'un gaz et ses propriétés élastiques. Ainsi la vitesse du son ne pourra, dans un cadre linéaire, atteindre la vitesse moyenne des molécules dans ce gaz, ce qui est bien normal. Il existe un rapport environ entre ces deux vitesses.

[invitef17c7c8d]

Je dirais (du haut de mon ignorance), que la MMC(Méca. des Mil. Cont.) est la science du déterminisme et du linéaire(ou multilinéaire).
Sous ces conditions, Navier et stokes ont écrit un chef d'oeuvre d'équation.

Or lorsqu'on confronte cette équation aux expériences, on constate qu'il faut introduire de nouveaux paradigmes: la non-linéarité et le chaos.

Je ne connais pas grand chose à la turbulence, mais il me semble que les théories qui la décrivent le mieux sont celles justement ne reposant pas sur la MMC mais sur la physique statistique (Voir Kolmogorov par exemple).

D'ailleur, il semble que les progrès (conceptuels) dans ce domaine ont cessé depuis Kolmogorov et sa fameuse loi en puissance. C'est compréhensible vu la complexité à la décrire.

A ce sujet, il existe une anecdote: On demanda au grand Heisenbeg, à son chevet, quelle question il poserait à Dieu en le voyant. On aurait pu s'attendre à une question en rapport avec le quantique... Eh bien non, sa réponse fut "qu'il m'explique la turbulence"!

[invited6ef46c0]

Il n'est pas nécessaire de considérer chaque particule, une onde sonore peut se propager dans un milieu continu.
L'onde est une oscillation du milieu caractérisée par une vitesse et une pression vibratoire.

Y-a t-il une différence majeure à raisonner dans un milieu continu?

La vitesse vibratoire est beaucoup plus petite que la vitesse de l'onde et il n'y a pas de lien direct entre les deux.
La pression change la vitesse du milieu en contact ce qui change sa pression qui se transmet au voisin ......

Par vitesse vibratoire vous voulez parler de ce que j'appelle vitesse de particule "entre deux chocs" ?

La vitesse de l'onde est indépendante de la puissance, jusqu'à une certaine limite, elle dépend des caractéristiques du milieu

La vitesse de l'onde est fixée principalement par la probabilité de choc entre particules et non à la vitesse de la particule si je comprends bien.

Vous dites que la vitesse de l'onde est indépendante de la vitesse vibratoire, mais une vitesse vibratoire plus importante n'augmente t'elle pas la probabilité de chocs et donc la vitesse de l'onde?

Merci pour l'intérêt que vous portez à mes questions
Cordialement

[obi76]

Je ne connais pas grand chose à la turbulence, mais il me semble que les théories qui la décrivent le mieux sont celles justement ne reposant pas sur la MMC mais sur la physique statistique (Voir Kolmogorov par exemple).

D'ailleur, il semble que les progrès (conceptuels) dans ce domaine ont cessé depuis Kolmogorov et sa fameuse loi en puissance. C'est compréhensible vu la complexité à la décrire.

Justement, quand on résout les équations de NS (basées sur Boltzmann justement), la loi en -3/2 (ou -5/2 c'est selon) que Kolmogorv a déduite est numériquement et expérimentalement observée. Quant aux avancées récentes concernant la turbulence, renseignes toi, tu verra que c'est assez impressionnant (par exemple le contrôle passif de la turbulence avec des surfaces piezo, ou les phénomènes de cascade inverse).

[triall]

Bonjour, cela n'a pas été dit, je crois, mais la vitesse du son dans un gaz parfait est directement lié à la vitesse moyenne des molécules de ce gaz .
Ainsi dans l'hydrogène la vitesse du son est de l'ordre de 1300m/s , dans l'azote plutôt 330 m/s .
Sur le wiki je trouve la relation c=rac(5pi/24)<v> v vitesse moyenne (quadratique je suppose) .

[phys4]

Par vitesse vibratoire vous voulez parler de ce que j'appelle vitesse de particule "entre deux chocs" ?

La vitesse de l'onde est fixée principalement par la probabilité de choc entre particules et non à la vitesse de la particule si je comprends bien.

Vous dites que la vitesse de l'onde est indépendante de la vitesse vibratoire, mais une vitesse vibratoire plus importante n'augmente t'elle pas la probabilité de chocs et donc la vitesse de l'onde?

Dans l'approche milieu continu, nous ne considérons pas chaque particule, mais les moyennes sur un ensemble comprenant un grand nombre de molécules, par exemple 1 mm3. La vitesse moyenne de ce volume est nulle au repos. La vitesse vibratoire est la vitesse moyenne des molécules de ce volume au passage de l'onde.

Pour une vitesse vibratoire importante qui approche de la vitesse de l'onde, la propagation devient non linéaire et fortement dissipative, le passage de l'onde réchauffe l'air au passage et nous avons une situation dite d'onde de choc. L'onde choc correspond à une puissance très forte et peut briser des objets.
Ce sera, par exemple, l'onde produite par une explosion ou le passage d'un avion supersonique.

Si nous descendons au niveau des particules, il y a bien sur un lien entre la vitesse moyenne des particules est la vitesse d'une onde dans ce milieu.

"triall" vient de trouver la relation exacte.

[invited6ef46c0]

Bonjour,

Il semble que l'erreur principale de mon raisonnement initial était de ne tenir compte que de la vitesse macroscopique (vitesse vibratoire) et d'oublier la vitesse microscopique dans "mon analyse énergétique".

La quantité de mouvement transférée est le surplus de quantité de mouvement soit la quantité de mouvement associée à la vitesse macroscopique?

La vitesse de l'onde provient de la vitesse microscopique des particules (affectée par la probabilité de chocs caractéristique du milieu). La vitesse "macroscopique" de l'onde provient plus de l'orientation des vitesses microscopiques des particules que du transfert de quantité de mouvement?

Je ne suis pas sûr que ce soit encore tout à fait ça, mais je pense un peu mieux compprendre

Cordialement

[phys4]

La quantité de mouvement transférée est le surplus de quantité de mouvement soit la quantité de mouvement associée à la vitesse macroscopique?

L'énergie et l'impulsion transportées par l'onde proviennent de la vitesse vibratoire macroscopique OK

La vitesse de l'onde provient de la vitesse microscopique des particules (affectée par la probabilité de chocs caractéristique du milieu). La vitesse "macroscopique" de l'onde provient plus de l'orientation des vitesses microscopiques des particules que du transfert de quantité de mouvement?

Je ne suis pas sûr que ce soit encore tout à fait ça, mais je pense un peu mieux comprendre

Presque ça, la vitesse des molécules (agitation thermique) fixe la vitesse de propagation de l'onde.
Par contre si par vitesse macroscopique l'on entend vitesse de l'onde, c'est le sens du transfert de quantité de mouvement (dans un milieu fluide - onde longitudinale) qui donne la direction de l'onde.
Les vitesses microscopiques restent de direction aléatoire, ils gardent leur distribution de Boltzmann avec une petite composante alternative en plus.