Vibrations Ondes et Optique
Le sujet des vibrations est l’étude des mouvements vibratoires (oscillatoire) des systèmes dynamiques. Un système dynamique est une combinaison de matière dont les parties sont capables de faire des mouvements relatifs. N'importe quel système possédant une masse et une élasticité capable de faire un mouvement de vibration. La masse est la constitution du système, et l’élasticité est due à la possibilité de mouvement relatif des partis constituant cette masse.
Les vibrations sont évidentes partout, un mouvement vibratoire est déclenché lorsque le système est déplacé de sa position d'équilibre en raison d'une énergie transmise au système par l'intermédiaire d'une source externe. Une force de stockage, ou une force conservatrice développée dans l’élément d'énergie potentielle (le ressort), ramène le système vers la position d'équilibre. Les buts principaux de l’étude des vibrations sont de déterminer l'effet de la vibration sur la performance des systèmes, la sécurité des systèmes et le contrôle de ses effets.
Les phénomènes vibratoires présentent un rôle pertinent dans presque toutes les branches de la physique: mécanique, électricité, optique, acoustique, etc. Malgré leur grande diversité, ils sont régis, en tout cas dans le domaine linéaire, par les mêmes lois de comportement et peuvent être étudiés au moyen du même outil mathématique. En fait dans le présent cours « vibrations et ondes » on s’intéresse à l’étude du bilan énergétique des systèmes. Dans les situations d’oscillations l’énergie est localisée dans un espace limité, assimilée à un point qui s’étend dans un volume limité. Dans le cas des ondes, l’énergie se propage à partir d’une source qui est elle-même un oscillateur, pour aller se déposer dans la matière rencontrée, ou redirigée dans sa propagation.
Quelle que soit leur spécialité, les apprenants ont besoin des notions et connaissances préalables recommandées à savoir : fréquences propres, temps de relaxation, modes de vibration, interférence, vitesse de phase, vitesse de groupe, polarisation .... Ces notions sont également introduites dans les nombreux exercices groupés par sections et classés par difficulté croissante proposés dans ce polycopié de cours.
Les phénomènes vibratoires traitent les oscillations des systèmes mécaniques qui sont connus par leur essor important dans le domaine de la physique. À titre d’exemple, le phénomène vibratoire qui peut solliciter les systèmes et les structures de génie civil est le séisme. En effet, les grandeurs physiques (déplacement, vitesse, pulsation…) sont des variables qui dépendent du temps, elles seront étudiées à travers le comportement des systèmes à un ou plusieurs degrés de liberté libres et forcées en présence ou en absence des amortissements. Dans la partie « vibrations », les systèmes traités sont caractérisés par des équations du mouvement de type : équations différentielles linéaires. Ce qui permet de décrire de diverses caractéristiques importantes de vibrations.
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