Physique des ondes
Une approche unifiée. Cours, synthèse, QCM et exercices corrigés
La physique des ondes est présente dans de nombreux domaines : vibrations mécaniques, acoustique, électromagnétisme, optique ou encore physique quantique. Derrière cette diversité se cache pourtant une remarquable unité. Cet ouvrage propose une approche unifiée qui montre comment ces phénomènes reposent sur un ensemble de concepts physiques et un formalisme communs.
La démarche conduit progressivement le lecteur de la propagation des ondes à la réflexion, la transmission, les ondes stationnaires, les interférences et la diffraction, jusqu’à la physique quantique, présentée comme le prolongement naturel de cette vision ondulatoire. Le cours est abondamment illustré afin de privilégier la compréhension physique des phénomènes avant leur mise en équations.
Destiné aux étudiants en licence de physique et de physique-chimie, cet ouvrage constitue un support complet de formation et de révision. Il sera très utile aux candidats aux concours du CAPLP, du Capes et de l’agrégation de physique-chimie.
SOMMAIRE
1. Premier tour sur les ondes
2. Petit rappel sur les oscillateurs
3. Propagation des ondes électriques dans un câble coaxial
4. Approche unifiée de la physique des ondes
5. Impédance et conséquences : réflexion et transmission des ondes
6. Ondes stationnaires
7. Propagation versus diffusion
8. Ondes lumineuses : interférences, diffraction et cohérence
9. Physique quantique et physique des ondes
Annexes :
A. Dimensions, unités et analyse dimensionnelle
B. Coordonnées, opérateurs vectoriels et théorèmes intégraux
C. Quelques figures de l’histoire des ondes, des oscillations et des signaux
D. Des câbles télégraphiques sous-marins : synthèse sur le physique des ondes I
E. L’échographie : synthèse sur la physique des ondes II
F. Chacun cherche sa diapositive : bilan des ondes lumineuses
Bibliographie
La physique des ondes est présente dans de nombreux domaines : vibrations mécaniques, acoustique, électromagnétisme, optique ou encore physique quantique. Derrière cette diversité se cache pourtant une remarquable unité. Cet ouvrage propose une approche unifiée qui montre comment ces phénomènes reposent sur un ensemble de concepts physiques et un formalisme communs.
La démarche conduit progressivement le lecteur de la propagation des ondes à la réflexion, la transmission, les ondes stationnaires, les interférences et la diffraction, jusqu’à la physique quantique, présentée comme le prolongement naturel de cette vision ondulatoire. Le cours est abondamment illustré afin de privilégier la compréhension physique des phénomènes avant leur mise en équations.
Destiné aux étudiants en licence de physique et de physique-chimie, cet ouvrage constitue un support complet de formation et de révision. Il sera très utile aux candidats aux concours du CAPLP, du Capes et de l’agrégation de physique-chimie.
SOMMAIRE
1. Premier tour sur les ondes
2. Petit rappel sur les oscillateurs
3. Propagation des ondes électriques dans un câble coaxial
4. Approche unifiée de la physique des ondes
5. Impédance et conséquences : réflexion et transmission des ondes
6. Ondes stationnaires
7. Propagation versus diffusion
8. Ondes lumineuses : interférences, diffraction et cohérence
9. Physique quantique et physique des ondes
Annexes :
A. Dimensions, unités et analyse dimensionnelle
B. Coordonnées, opérateurs vectoriels et théorèmes intégraux
C. Quelques figures de l’histoire des ondes, des oscillations et des signaux
D. Des câbles télégraphiques sous-marins : synthèse sur le physique des ondes I
E. L’échographie : synthèse sur la physique des ondes II
F. Chacun cherche sa diapositive : bilan des ondes lumineuses
Bibliographie
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A paraître, septembre 2026
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Table des matières
Sommaire
1. Premier tour sur les ondes
1.1. La notion de perturbations locales et leurs conséquences globales – 1.2. Caractéristiques des ondes : fréquence, longueur d’onde, vitesse de propagation – 1.3. Exploration d’exemples concrets, tel que la corde de Melde.
2. Petit rappel sur les oscillateurs
2.1. Du ressort à l’oscillateur harmonique – 2.2. Lien entre systèmes mécaniques et électriques (circuit RLC) – 2.3. Analogie mécanique-électrique et introduction au portrait de phase.
3. Le cas du câble coaxial
3.1. Modélisation du câble comme système ondulatoire – 3.2. Équations d’Alembert et leurs solutions progressives – 3.3. Étude énergétique et conservation locale de l’énergie.
4. Une approche générale pour la physique des ondes
4.1. Formalisme unifié des phénomènes ondulatoires – 4.2. Description des milieux de propagation et des vitesses (phase et groupe) – 4.3. Applications classiques : chaîne de ressorts, acoustique, ondes de gravité, etc.
5. Réflexion et transmission d'une onde : notion d’impédance
5.1. Impédance caractéristique et généralisée – 5.2. Coefficients de réflexion et de transmission – 5.3. Cas concrets : couche anti-reflet et discontinuités de milieux.
6. Les ondes stationnaires
6.1. Interférences constructives et destructives – 6.2. Modes propres dans une cavité de largeur finie – 6.3. Étude énergétique et spectrale des ondes stationnaires.
7. Propagation versus diffusion
7.1. Différences fondamentales entre ondes et diffusion – 7.2. Cas pratique : équations de Maxwell et approximations quasi-stationnaires.
8. Le cas particulier des ondes lumineuses
8.1. Interférences à deux ondes (trous d’Young, anneaux d’interférences) – 8.2. Interférences à N ondes : propriétés des réseaux optiques – 8.3. Diffraction et transition vers l’optique de Fourier.
9. Physique des ondes et physique quantique
9.1. Dualité onde-corpuscule et équation de Schrödinger – 9.2. Effet tunnel et pièges de potentiel – 9.3. Notions de probabilités et chemins de Feynman.
Annexes
Les auteurs
Fiche technique
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