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Concept
Onde plane
Résumé
L'onde plane est un concept issu de la physique de la propagation des ondes. C'est une onde dont les fronts d'onde sont des plans infinis, tous perpendiculaires à une même direction de propagation désignée par le vecteur .
En prenant par exemple dans la direction z, alors cette onde ne dépend pas des coordonnées x et y :
Ainsi, la grandeur mesurée dépend uniquement du temps et d'une seule variable d'espace en coordonnées cartésiennes mais elle ne dépend pas du point considéré dans un plan (P) quelconque orthogonal à la direction de propagation.
Une onde est monochromatique lorsqu'elle ne contient qu'une seule couleur, c'est-à-dire une seule fréquence ou, exprimé autrement, une seule pulsation . Une telle onde plane a en chaque point une amplitude de forme sinusoïdale comme fonction du temps :
Dans cette formule, représente l'amplitude ou la perturbation de l'onde à un point donné dans l'espace et le temps. u (,t) peut par exemple représenter la variation de la pression de l'air par rapport à la moyenne, dans le cas d'une onde sonore. est le vecteur position, est le vecteur d'onde, est la pulsation, est la phase à l'origine, et est l'amplitude complexe de l'onde.
Ce type d'onde est particulièrement utile en physique car il est simple à utiliser et est une bonne approximation de nombreuses ondes. En particulier, lorsque l'on est assez loin d'une source d'onde ponctuelle (un laser, une antenne de radio de petite taille), les ondes sphériques concentriques émises par un tel dispositif sont bien approchées localement par une onde monochromatique plane. Cependant il n'existe pas rigoureusement d'ondes planes purement monochromatiques dans la nature car celles-ci devraient transporter une énergie infinie, ce qui est impossible.
Conséquences
La relation entre la pulsation et le vecteur d'onde que l'on obtient grâce à l'équation d'onde est appelée relation de dispersion. Elle dépend des caractéristiques physiques du milieu de propagation et de sa géométrie.
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