pour cause l’onde de choc que ceux-ci produisent en traversant l’atmosphère à très grande vitesse.
Ondes de choc dans les liquides
Des ondes de choc très intenses sont produites dans les liquides par la détonation d’une charge explosive immergée : dans l’eau de mer, on peut ainsi créer des ondes se propageant avec une célérité de 5 km/s pour une intensité de choc de 50 kbar, ce choc échauffant sur son passage le liquide à 150 °C.
Lorsqu’une telle onde de choc atteint la surface, la vitesse considérable des molécules a pour effet de les lancer verticalement, produisant une intumescence de la mer. Au laboratoire, on a pu étudier les ondes de choc dans des liquides variés ; sous l’effet de la pression et malgré l’élévation de température, certains liquides, comme le tétrachlorure de carbone, se solidifient au passage de l’onde.
Ondes de choc dans les solides
Des ondes de choc sont produites dans les corps solides soit par le choc d’un autre corps à grande vitesse, soit par l’application quasi instantanée de la pression énorme — dépassant 100 kbar
— que produit un explosif détonant au contact d’un solide. C’est par ce second moyen que Bertram Hopkinson (1874-1918) put, le premier, en 1912, étudier les ondes de choc dans les corps solides. Lorsque ce type d’onde, qui est une onde de compression, parvient, après avoir traversé le solide, sur une surface en contact avec l’atmosphère, elle se réfléchit et devient une onde de traction, entraînant soit une fissure downloadModeText.vue.download 487 sur 625
La Grande Encyclopédie Larousse - Vol. 14
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interne, soit une rupture complète d’une couche de solide, qui est lancé dans le sens de l’onde de compression.
Ce phénomène, que l’on observe sur les plaques de blindage, a reçu le nom d’écaillage.
Permanence des ondes de
choc
Une onde de choc ne peut garder
constants ses caractères (célérité, intensité, etc.) que si, derrière le front de l’onde, il y a un apport continu d’énergie ; il en est ainsi dans la détonation des explosifs, parce que la réaction chimique exothermique qui s’y effectue fournit l’énergie nécessaire. Si l’on considère les ondes de choc pur, c’est-à-dire les ondes qui ne sont pas accompagnées d’une réaction exothermique, seul le cas d’une onde de choc entretenue dans un gaz par un mobile à vitesse supersonique montre une onde permanente. Dans les autres cas, et en particulier dans l’onde de choc qu’engendrent, dans le milieu ambiant, des charges qui explosent, il se produit un amortissement, c’est-à-dire une décroissance continue de l’intensité et de la célérité de l’onde au fur et à mesure de sa propagation ; l’onde finit par perdre son caractère de choc pour devenir une onde ordinaire se propageant à la vitesse du son.
Dans le cas de l’onde de choc sphé-
rique, tant dans un milieu gazeux que dans un liquide, la différence de pression de part et d’autre du front d’onde diminue à peu près comme l’inverse de la distance au centre où l’onde de choc a pris naissance ; les ondes de choc planes, comme celles que l’on sait produire dans des tuyaux cylindriques, s’amortissent moins vite que les ondes sphériques.
Applications
Les ondes de choc jouent un rôle important en aérodynamique ; leur formation autour d’ailes d’avion ou de maquettes peut être étudiée dans les grandes souffleries. Mettant à profit la température élevée qui règne derrière le front d’une onde de choc gazeuse, on a mis au point, pour l’étude de la pyrolyse des gaz et des vapeurs, des appareils appelés tubes à choc, dans lesquels le milieu gazeux étudié est soumis à une onde de choc calculée pour le porter à la température désirée par exemple de 2 000 à 3 000 °C.
L. M.
R. H. Cole, Underwater Explosions (Princeton, 1948 ; nouv. éd., New York, 1965). /
H. Kolsky, Stress Waves in Solids (Oxford, 1953).
/ J. K. Wright, Shock Tubes (Londres, 1961). /
G. F. Kinney, Explosive Shocks in Air (New York, 1962). / A. L. Jaumotte (sous la dir. de), Chocs et ondes de choc, t. I : Aspects fondamentaux (Masson, 1971).
ondes électro-
magnétiques
Ensemble d’un champ magnétique
0,8
et d’un champ électrique se propa-
—
0,4
geant à la vitesse (є : permit-
—
tivité diélectrique du milieu ; μ : per- 0,1
méabilité magnétique du milieu). —
Dans le vide, c = 300 000 km/s
(v. Maxwell [équations de]).
En tout point, les vecteurs , et rép
—
le vecteur vitesse forment un trièdre trirectangle direct, et les modules de —
60
et de sont liés par la relation —
Z est dit impédance du milieu.
Si E est une fonction sinusoïdale du temps, il en est de même pour H, et les deux grandeurs sont en phase.
Au cours de la période T, ces deux champs se sont propagés sur la longueur λ = cT, dite « longueur d’onde ».
Il est clair qu’en deux points pris sur la direction de propagation et distants de λ l’un de l’autre les états de vibration sont les mêmes pour les champs comme pour les champs . Si F est
la fréquence des champs, d’où
λ F = c.
À la fréquence de 1 MHz dans le
vide correspond la longueur d’onde λ = 300 m.
Classification
Les ondes électromagnétiques sinu-soïdales sont classées en fonction de leur longueur d’onde dans le vide. On distingue :
— les ondes hertziennes pour λ de 30 km à 400 μm ;
— les ondes infrarouges pour λ de 400 μm à 0,8 μm ;
— les ondes lumineuses pour λ de
μm à 0,4 μm ;
les ondes ultraviolettes pour λ de μm à 100 Å ;
les rayons X pour λ de 100 Å à
Å ;
les rayons γ pour λ < 0,1 Å.
Les ondes hertziennes sont, de plus, arties en six groupes :
grandes ondes pour λ > 600 m ;
petites ondes pour
0 m > λ > 200 m ;
ondes intermédiaires pour
200 m > λ > 50 m ;
— ondes courtes pour 50 m > λ > 10 m ;
— ondes très courtes pour
10 m > λ > 1 m ;
— ondes ultra-courtes pour 1 m > λ.
Propriétés des ondes
électromagnétiques
La réflexion normale de ces ondes sur des diélectriques ou des conducteurs a été analysée dans l’article Maxwell (équations de). Les autres propriétés (ré-
flexion oblique, réfraction, diffraction, interférences, polarisation, modulation...) sont mises en évidence dans les articles traitant d’optique physique, de radiotransmission, de rayonnement X...
Énergie des ondes
électromagnétiques
En un point où il existe le champ E, l’énergie électromagnétique est, par unité de volume,
W = єE 2.
Cette énergie accompagne les
champs et , et par suite se dé-
place à la vitesse . On peut lui donner alors une représentation vectorielle en introduisant le vecteur de Poynting colinéaire à et de
même sens. Il vient alors
Cette représentation ondulatoire de l’énergie n’est pas suffisante pour expliquer tous les phénomènes liés aux ondes électromagnétiques, en particulier l’effet photo-électrique. Il faut y associer une représentation quantifiée où l’énergie est fractionnée en
« grains », les photons, chacun transportant la quantité d’énergie e = hF, F étant la fréquence de l’onde, et h la constante de Planck.
John Henry Poynting
Physicien anglais (Monton, près de Manchester, 1852 — Birmingham 1914). Il a établi l’expression des variations de l’énergie dans un diélectrique et développé une théorie des courants d’énergie pour les champs variables. Il est l’auteur d’ex-périences sur la pression de radiation et d’une mesure de la densité moyenne de la Terre.