La résonance fait-elle vibrer le monde ?

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La résonance, c'est quoi ?

La résonance : Derrière ce terme connu se cache un phénomène fondamental qui concerne tout ce qui vibre d'une manière ou une autre : les ondes électromagnétiques, la lumière, le son mais aussi la matière qui est composée d'atomes dont les électrons oscillent en permanence…
Il y a résonance quand deux ondes de même fréquence se rencontrent. Dans ce cas, l'amplitude (hauteur de la vague que forme l'onde) de chacune de ces ondes s'amplifie jusqu'à atteindre un maximum : la fréquence de résonance. Ainsi, par exemple :

• si deux sons de même fréquence se rencontrent, les ondes entrent en résonance : le volume sonore augmente vers un maximum d'intensité.
• si une onde rencontre une matière solide qui a la même qui a la même fréquence que lui (« fréquence propre »), sa structure moléculaire entre en résonance, jusqu'à la casser si l'amplitude dépasse les capacités d'amortissement du solide.

Exemples

Les domaines où la résonance intervient sont innombrables :

• balançoire enfantine, mais aussi résonances acoustiques des instruments de musique, la résonance des marées, la résonance orbitale en astronomie, la résonance de la membrane basilaire dans le phénomène d'audition, les résonances dans des circuits électroniques et,
• pour finir : tous les systèmes, montages, pièces mécaniques sont soumis au phénomène de résonance. piétonnes soumises à des marches militaires, par exemple, ou, de façon plus générale, dans les constructions soumises à un séisme...

Exemple : la balançoire

La résonance correspond à l'augmentation de l'amplitude d'oscillation d'un système, sous l'influence d'impulsions régulières de fréquence voisine de la fréquence propre du système.

L'exemple le plus simple à comprendre est peut-être celui de la balançoire, dont le mouvement ne s'amplifie que si on lui communique des impulsions accordées sur ses propres oscillations.

La résonance est un phénomène selon lequel certains systèmes physiques (électriques, mécaniques...) sont sensibles à certaines fréquences.

Exemple : le verre

Comme quasiment tout système matériel a une fréquence propre d’oscillation, il est possible de faire entrer en résonance toute sorte d’objet.

Lorsqu'un objet est excité à sa fréquence de résonance, les oscillations peuvent prendre une telle amplitude que cela peut entraîner la destruction de l’objet.

Il y a bien sûr le classique verre de vin qui éclate s’il est soumis à sa fréquence de résonance.

Exemple : le pont de Tacoma

7 novembre 1940 : après plus d'une heure de balancements qui ne cessent de s'amplifier, le pont de Tacoma s'effondre. La raison de cette rupture ?

La « fréquence propre » de la structure du pont correspondait précisément à la fréquence de détachement des tourbillons du vent qui soufflait latéralement ce jour-là… à seulement 65 km/h !

Autrement dit, un vent plus fort, n'aurait probablement pas détruit ce pont !

La vibration par sympathie (résonance)

Pour les physiciens, vibration par sympathie, est un phénomène selon lequel tout corps élastique susceptible de vibrer sur une fréquence donnée entre spontanément en vibration, audible ou non, lorsqu'on émet dans son entourage un son ayant soit cette même fréquence, soit une fréquence ayant un harmonique proche.

Cette particularité est utilisée par certains instruments (théorbe, palme des ondes Martenot, etc.) dans lesquels on dispose à proximité de la source d'émission du son des cordes dites « sympathiques » soigneusement accordées, mais que l'exécutant ne touche jamais : elles entrent seules en vibration le moment venu en renforçant ou modifiant la sonorité de la corde réellement jouée.

Pour les musiciens, la résonance est l'ensemble des phénomènes liés à la présence des harmoniques dans un son musical donné.

Les figures acoustiques de Chladni

Le montage de l'expérience est simple : Un haut-parleur relié à un générateur de fréquences sonores est fixé sous une plaque métallique sur laquelle est saupoudré du sable.

Sous l'effet de certaines fréquences sonores depuis les infra-sons jusqu'aux ultra-sons, la plaque s'accorde sur une fréquence de résonance et transmet ses vibrations au sable qui se dispose spontanément sur les zones de moindre intensité, suivant un réseau géométrique d'ondes stationnaires.

On remarquera que plus la fréquence est élevée plus la complexité des motifs s'accroît.

Indice n°8