Aco5 - Plaques vibrantes pour figures de Chladni
Fonction
Mettre en évidence l'existence de lignes ventrales et nodales et l'existence de divers modes de vibration.
Description
Ce sont des plaques horizontales généralement fixées en leur centre (mais pas toujours), de formes symétriques (disques, carrés) et de diverses dimensions (pour une même forme). On les saupoudre uniformément de sable fin, et on les met en vibration en frottant le bord à l'aide d'un archet (de violon par exemple). Le sable est éjecté des régions ou l'amplitude des vibrations est maximale (lignes ventrales) et se rassemble dans les régions où l'amplitude est faible ou nulle (lignes nodales). On obtient ainsi des figures symétriques appelées figures de Chladni. Une même plaque peut fournir, selon la façon dont elle est attaquée, des figures de Chladni distinctes ; chacune d'elles correspond à un mode de vibration et à une fréquence (audible) distincte. Plus il y a de lignes et plus rapprochées elles sont, plus la fréquence est élevée. On peut aussi faire varier la figure de Chladni en immobilisant un point de la plaque (en touchant la plaque en ce point), on oblige ainsi une ligne nodale à passer par ce point ou encore en changeant le point d'attaque. Les membranes tendues (tambour, timbale, grosse caisse...) satisfont aux mêmes lois.
Deux plaques de même forme (disque par exemple), de même épaisseur, attaquées de la même façon peuvent fournir la même figure de Chladni, aux dimensions près, mais la plus petite fournit le son le plus aigu (la distance entre deux lignes nodales donne l'ordre de grandeur de la demi-longueur d'onde).
Les lois des plaques et membranes vibrantes rappellent celles des cordes et tuyaux sonores mais elles sont plus compliquées du fait de la bidimensionnalité et de la plus grande variabilité des conditions imposées aux limites. Toutes choses égales par ailleurs la fréquence varie en raison inverse de l'épaisseur.
Histoire
Ernst Florens Frédéric Chladni (prononcer kladni) est un physicien allemand (1756-1827), spécialiste d'acoustique ; outre l'étude des plaques vibrantes, il découvrit la vibration longitudinale des cordes. Il affirma également, dès 1794, l'origine extraterrestre des météorites (affirmation confirmée par Biot lors de la chute en 1803 d'une météorite à Laigle, Orne).