Cette expérience de physique amusante est facile à réaliser et ne nécessite que la présence d’une étendue d’eau calme (lac, étang).
Matériel
- une étendue d’eau calme
- une pierre
Protocole
Jeter la pierre dans une étendue d’eau calme et observer les ronds sur l’eau qui se forment. En particulier observer la distance entre deux crêtes successives, dans une zone proche où le caillou a chuté dans l’eau puis dans une zone plus lointaine.
Observations
Nous pouvons observer que la chute du caillou dans l’eau a généré des « ronds » dans l’eau.
Nous pouvons observer que la distance entre deux crêtes est plus petite dans la zone proche où le caillou a chuté que dans la zone plus lointaine.
Que se passe-t-il ?
Lorsque l’on jette un caillou dans l’eau, l’expérimentateur génère des ondes à la surface du liquide. Plus précisément, on génère à l’endroit où le caillou chute dans l’eau et à l’instant où il touche la surface de l’eau, ce que les physiciens appellent « un paquet d’ondes« .
Puis les ondes, une fois générées, se propagent à la surface de l’eau. Un paquet d’ondes est constitué d’un ensemble d’ondes de longueurs d’onde différentes. On appelle longueur d’onde la période spatiale d’une onde générée, c’est-à-dire ici la distance entre deux crêtes des vaguelettes. Nous pouvons constater que près de l’endroit où le caillou a chuté, la longueur d’onde des vaguelettes est plus petite que dans une zone plus éloignée.
Ces observations montrent que les ondes de longueurs d’onde différentes se propagent à des vitesses différentes. Dans les conditions de l’expérience, les plus grandes longueurs d’onde se propagent à des vitesses plus grandes que les plus petites longueurs d’onde puisqu’elles s’éloignent le plus rapidement du point où elles ont été générées. On dit que la propagation des ondes à la surface de l’eau est dispersive.
Le caractère dispersif de la propagation des ondes à la surface de l’eau n’est pas réservé à ce seul type d’onde. Vous connaissez en général bien le caractère dispersif de la propagation de la lumière dans le verre ou dans l’eau : la lumière constituée d’un multitude de longueurs d’onde est dispersée et les différentes longueurs d’onde (du bleu ou rouge) sont séparées. D’où l’apparition des couleurs de l’arc en ciel ! C’est bien sûr pour cette raison que de beaux arcs-en-ciel apparaissent par temps pluvieux et ensoleillé.
Pour aller plus loin