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résonance

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 est celui de la balançoire, dont le mouvement ne s'amplifie que si on lui communique des impulsions accordées sur ses propres oscillations. Le phénomène existe aussi en acoustique, en optique et en électricité.)

PHYSIQUE

Une caractéristique des systèmes oscillants

Le phénomène de résonance concerne les systèmes oscillants. Ce qualificatif s'applique à un système qui, lorsqu'on le déplace hors de sa position d'équilibre, est soumis à une force (dite « de rappel » parce qu'elle tend à le ramener vers cette position) proportionnelle à l'écart par rapport à l'équilibre. Dans ces conditions, le système est animé d'un mouvement oscillant de part et d'autre de sa position d'équilibre ; ce mouvement est caractérisé par sa période, temps qui sépare deux passages successifs (dans le même sens) du système en un même point, ou, ce qui souvent s'avère plus commode, sa fréquence (nombre de passages au même point et dans le même sens par unité de temps).

Le prototype des systèmes oscillants est le pendule, masse suspendue au bout d'un fil. Lorsqu'on l'écarte de sa position d'équilibre et qu'il est abandonné à lui-même, il effectue un mouvement oscillant, à une période (ou une fréquence) qui ne dépend que de lui, appelée période (ou fréquence) propre. Pour qu'un tel système présente le phénomène de résonance, il faut qu'il soit, de plus, soumis à une force extérieure, elle aussi oscillante, qui l'écarte et le rapproche de sa position d'équilibre, à une fréquence déterminée. Si ces conditions sont réalisées, on observe que l'amplitude des oscillations du système dépend de la fréquence de la force « excitatrice » et passe par un maximum lorsque cette fréquence est égale à la fréquence propre du système.

Le phénomène de résonance s'applique non seulement aux systèmes mécaniques (balançoires, ponts soumis à des oscillations, etc.) mais aussi aux systèmes électriques, électromagnétiques (lasers, masers) et atomiques (interactions lumière-électrons).

La résonance en physique atomique et en spectroscopie

En physique atomique et en spectroscopie, le mot « résonance » désigne divers processus d'absorption ou d'émission de lumière par des atomes ou des molécules. Les techniques de spectroscopie mettant en œuvre ces différents processus portent, par extension, le nom de résonance ; on distingue ainsi la résonance paramagnétique électronique (R.P.E.), la résonance magnétique nucléaire (R.M.N.), etc., correspondant chacune à des conditions expérimentales spécifiques.

Si l'on soumet un gaz à un rayonnement électromagnétique monochromatique de fréquence variable, on observe une forte absorption chaque fois que la fréquence du rayonnement incident est égale à la différence entre deux des niveaux caractéristiques de l'atome. Le champ électromagnétique et l'atome se comportent alors comme deux systèmes mécaniques couplés : l'échange d'énergie est maximal lorsque leurs « fréquences » propres sont ajustées, d'où le nom de « résonance atomique » donné au phénomène.

Suivant le domaine du spectre électromagnétique dans lequel se situe la fréquence absorbée (ou émise), on distingue la résonance optique (à la base du fonctionnement du laser) et la résonance hertzienne, utilisée dans les masers et les horloges atomiques.

On donne également le nom de « résonance » aux particules élémentaires instables ayant une vie moyenne très courte (de l'ordre de 10−23 s).