RÉSONANCE, physique
Égalité entre la fréquence ν de l'agent excitateur et l'une des fréquences propres ν0 du système oscillant excité, et caractérisée principalement par un maximum de la réponse du système en fonction de la fréquence excitatrice. La résonance existe dans de nombreux domaines de la physique et on peut en étudier quelques aspects particuliers.
1. Mouvement forcé d'un oscillateur (unidimensionnel) harmonique sous l'action d'une force excitatrice périodique. Quand la fréquence de la force excitatrice est égale à la fréquence propre du système, l'amplitude du mouvement de l'oscillateur est maximale, ce maximum étant d'autant plus aigu que l'amortissement est faible. Dans le cas d'un oscillateur anharmonique (force de rappel comportant des termes en x2, x3, ...), le maximum de la réponse x en fonction de ν se trouve d'abord être décalé par rapport à ν0, et, pour de fortes anharmonicités, il peut y avoir des « ruptures » (discontinuités) de la réponse.
2. Oscillations électriques d'un circuit L-C (L étant l'inductance et C la capacité) sous l'action d'une différence de potentiel U cos ωτ. Il y a résonance pour ω = ω0 = 1 √LC. En particulier, dans un circuit en série, c'est le courant total qui passe par un maximum U/R à la résonance, R étant la résistance ohmique du circuit.
3. Résonance magnétique de spin. Dans un champ magnétique constant H0, le mouvement libre du moment magnétique M d'un système atomique ou nucléaire est une rotation (précession) de vitesse angulaire ω0 = γB0, où B0 = μH0 est l'induction magnétique, γ = M/ℏJ le rapport giromagnétique du moment magnétique M au moment cinétique associé J. Sous l'action d'un champ magnétique additionnel H1 cos ωt, alternatif et perpendiculaire à H0, il y a résonance pour ω = ω0 = γB0. Elle se manifeste normalement par un maximum de la puissance absorbée. D'après la nature de M, on distingue : la résonance paramagnétique électronique (R.P.E.), la résonance ferromagnétique, la résonance magnétique nucléaire (R.M.N.), etc.
4. Résonance cyclotronique. Dans un champ magnétique constant H0, un électron libre effectue un mouvement hélicoïdal autour de H0, de vitesse angulaire ω0= eB0/mc, où c est la vitesse de la lumière dans la vide, m et e la masse et la charge de l'électron. Il y a résonance sous l'action d'un champ électrique E cos ωt, alternatif et perpendiculaire à H0, pour ω = ω0, avec maximum d'absorption.
5. Résonance en optique et en théorie quantique des collisions. Lors de l'impact d'une particule P (photon, électron, proton, neutron, etc.) sur un système atomique ou nucléaire S, il y a résonance si la somme des énergies de P et de S égale l'énergie d'un état excité du système composé [P + S], la section efficace de collision passant par un maximum. Cas particulier optique : absorption suivie d'émission sur la même fréquence, avec un retard de 10–8 s (fluorescence de résonance).
6. Résonance en physique des particules élémentaires. Certains états composites des particules lourdes (hadrons) impliquées dans une réaction (collision), très instables (durée de vie de 10–10 à 10–23 s), peuvent être considérés eux-mêmes comme des particules élémentaires. Ces « résonances » se manifestent dans la théorie par des pôles de l'amplitude de réaction (grandeur dont le module au carré mesure la probabilité de la réaction) pour des valeurs complexes de l'énergie des particules incidentes.
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Écrit par
- Viorel SERGIESCO : docteur en physique
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