Onde plane - Définition et Explications

Une façon possible de représenter une onde plane. Les plans correspondent aux fronts d'ondes qui doivent être imaginés infinis.

L'onde plane est un concept issu de la physique de la propagation des ondes. C'est une onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...) dont les fronts d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation...) sont des plans infinis, tous perpendiculaires à une même direction de propagation désignée par le vecteur (En mathématiques, un vecteur est un élément d'un espace vectoriel, ce qui permet...) .

En prenant par exemple dans la direction z, alors cette onde ne dépend pas des coordonées x et y :

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Onde plane (L'onde plane est un concept issu de la physique de la propagation des ondes. C'est une onde dont...) monochromatique (On qualifie de monochromatique (du grec mono-, un seul et chromos, couleur) une lumière dont la...)

Une onde est monochromatique lorsqu'elle ne contient qu'une couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes...). Une telle onde plane (La plane est un outil pour le travail du bois. Elle est composée d'une lame semblable à celle...) a la forme sinusoïdale :

où est le vecteur d'onde, est la pulsation, est le vecteur position, et a l'amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) complexe de l'onde.

Ce type d'onde est particulièrement utile en physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) car il est simple à utiliser et est une bonne approximation (Une approximation est une représentation grossière c'est-à-dire manquant de...) de nombreuses ondes. Cependant il n'existe pas rigoureusement d'ondes planes purement monochromatiques dans la nature car celles-ci ont une énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) infinie, ce qui est impossible.

Conséquences

• La relation entre et que l'on obtient grâce à l'équation de propagation (cf Équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement...) d'onde) est appelée relation de dispersion (La dispersion, en mécanique ondulatoire, est le phénomène affectant une onde dans un...). Elle dépend des caractéristiques physiques du milieu de propagation et de sa géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace...).
• La vitesse de phase (Une onde est une perturbation qui se déplace dans un milieu. Il est possible de lui associer deux...) est définie par tandis que la vitesse (On distingue :) de groupe s'écrit . La partie imaginaire de k n'apparait pas car elle correspond à l'atténuation (Perte d'intensité et amplitude d'un signal...) de l'onde.

L'onde plane en pratique

Même si une onde plane pure n'existe pas dans la nature, il est possible de s'en approcher dans un domaine limité de l'espace. Il suffit que les fronts d'onde soient suffisamment plans et parallèles dans le volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) considéré. De plus, une onde plane est rarement monochromatique, car elle aurait une extension temporelle infinie.

Une onde plane réelle peut cependant être décomposée en ondes planes monochromatiques, dont les vecteurs d'onde sont parallèles à une seule et même direction :

où a(ω) est une fonction à valeurs complexes et peut être de différentes formes (gaussienne, etc.).

Cette superposition d'ondes planes monochromatiques permet de décrire toute onde plane.

Pour obtenir une onde plane, on peut par exemple faire passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques...) de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) par un diaphragme puis la collimater avec une lentille convergente.