Une onde mécanique est une perturbation qui pulse à travers une certaine forme de milieu : un solide, un liquide ou un gaz, transportant l’énergie d’origine, initiant l’énergie d’un endroit à un autre. Il existe trois types d’ondes mécaniques : transversales, longitudinales et frontières. Des exemples simples d’ondes et des médias à travers lesquels elles se déplacent sont le son dans l’air, les ondes sismiques dans la roche et les vibrations d’une corde de guitare.
Un exemple d’ondes mécaniques sont les ondulations dans un étang qui se déplacent vers l’extérieur d’où une pierre est tombée. L’onde se déplace à travers le milieu même si les atomes et les molécules du milieu lui-même reviennent généralement à leur position d’origine après avoir été comprimés, écartés ou tournés par l’onde qui les traverse. L’onde mécanique peut se déplacer selon un mouvement en ligne droite, un mouvement de rotation ou une combinaison des deux.
Les ondes possèdent les caractéristiques de fréquence, période, longueur d’onde et amplitude. La distance entre une impulsion d’onde et la suivante est sa longueur d’onde et le temps entre les impulsions est la période. Pour une onde transversale, l’amplitude est la distance à laquelle l’onde déplace le milieu. Le nombre d’ondes traversant le milieu au cours du temps est la fréquence de l’onde. Plus la fréquence d’une onde mécanique est élevée, plus l’énergie qu’elle transmet est importante.
Les ondes transversales transmettent leur énergie de haut en bas ou d’un côté à l’autre, forçant le milieu à prendre la forme d’une crête et d’un creux – comme dans une onde sinusoïdale. Un bon exemple de ce type d’onde est une onde sismique S dans laquelle la croûte terrestre se déplace de haut en bas, ou d’un côté à l’autre, perpendiculairement à la direction de propagation des ondes. Le modèle d’onde mécanique d’une onde transversale est donné par l’équation d’onde, une équation d’énergie dont la solution est une onde sinusoïdale possédant les caractéristiques susmentionnées de fréquence, période, longueur d’onde et amplitude.
Les ondes longitudinales sont des ondes de densité qui se déplacent à travers l’expansion et la compression des particules du milieu. Une expansion et une compression correspondent à une longueur d’onde. De bons exemples de ces ondes sont les ondes sonores dans l’air et les ondes sismiques P dans le sol. Plus la densité du matériau est élevée, plus les vagues le traversent rapidement.
Les ondes limites sont des ondes mécaniques qui résonnent entre deux milieux différents. Les cavités d’air et les cordes contraintes dans les instruments de musique, la vibration d’un diapason et la forme en forme de couronne d’une éclaboussure de gouttelettes d’eau sont de bons exemples d’ondes mécaniques limites. Le son résonnant du diapason est limité par la forme et la taille de sa limite et l’élasticité du matériau qui le compose.