Ondes stationnaires

Un type d’onde important pour nous est une onde stationnaire. Les ondes stationnaires sont présentes dans les instruments de musique, et c’est ainsi que l’instrument produit un son de la bonne fréquence (ou hauteur, terme utilisé en musique). Les ondes stationnaires ne se déplacent pas, car elles sont confinées dans l’instrument. Par exemple, dans un instrument à cordes comme une guitare ou un violon, toute la corde vibre, mais l’onde ne se propage pas parce qu’elle est piégée dans la corde, et la corde a des extrémités (là où elle est attachée à l’instrument, ou maintenue par le doigt du musicien). Comme les extrémités sont fixes, l’amplitude à ces points doit rester nulle, mais l’amplitude au milieu de la corde peut changer. Cela limite les longueurs d’onde possibles pour la corde. Les propriétés de la corde, comme sa masse/longueur et sa tension, vont déterminer la vélocité, et la fréquence est déterminée à partir de la combinaison de la longueur d’onde et de la vélocité.

Harmoniques, ou fréquences d’ondes stationnaires, dans une corde.

Que signifie la vélocité ? L’onde stationnaire provient de l’onde qui se déplace le long de la corde, se réfléchissant sur les extrémités fixes, inversant la direction, se réfléchissant à nouveau… lorsque la fréquence/longueur d’onde/vitesse correspondent toutes, les réflexions de l’onde se renforcent mutuellement, ou interfèrent de manière constructive, ce qui est appelé résonance. La résonance décrit généralement une vibration qui est renforcée par les propriétés particulières de l’environnement parce qu’elle correspond à leurs fréquences naturelles. Lorsque des ondes de mauvaise longueur d’onde rebondissent, elles provoquent des interférences destructives avec elles-mêmes. Le résultat est que la corde peut facilement vibrer à ses fréquences naturelles de résonance, mais ne peut pas vraiment vibrer à d’autres fréquences car ces ondes s’annulent. Par exemple, une harpe (un instrument à cordes multiples) rit avec vous, car certaines des cordes correspondent à certaines des fréquences de votre rire et commencent à résonner, créant ainsi des ondes sonores dans l’air. Voici une vidéo d’une minute montrant comment utiliser la résonance pour briser un verre. Voici une vidéo étonnante montrant l’emplacement des ondes stationnaires bidimensionnelles à l’aide de plaques métalliques et de l’archet d’un violon.