De gaulle

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  • Publié le : 30 mai 2010
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DIFFRACTION - INTERFERENCES

I> Nature de la lumière:
La lumière vérifie la dualité onde-corpuscule:
- elle se comporte comme de la matière: composée de corpuscules nommés photons, sans masse, se déplaçant à la vitesse dans le vide c = 3 * 10 8 m.s-1
- elle se comporte comme une onde: à ce titre, comme une onde mécanique, elle se caractérise par une fréquence notée ( en (Hz) et unelongueur d'onde ( en (m). Elle se déplace à la vitesse c et transporte une énergie E en (J) telle que :

où h est la constant de Planck égale 6,64 * 10-34 U.S.I.

Remarques:
1> la longueur d'onde ( est la distance parcourue
par l'onde en une période T; on a

2> l'onde lumineuse ainsi définie se nomme onde électromagnétique car résulte en fait du déplacement combiné d'un champs électrique[pic] et d'un champs magnétique [pic] vectoriellement perpendiculaires à tout instant.

II> Diffraction:

1> Observations:
C'est un phénomène propre aux ondes quelles soient mécaniques ou électromagnétiques.
On l'observe dés lors qu'une onde franchit un obstacle de très petite dimension, de l'ordre de (.
Il en résulte une déformation de l'onde après l'obstacle mais la valeur de ( estinchangée. Ainsi l'obstacle se comporte comme une nouvelle et différente source.

2> Diffraction par un trou:

Pour simplifier, prenons une lumière monochromatique ( comme le laser.
On observe une tache centrale beaucoup plus lumineuse que les cercles
lumineux qui l'entourent: on la nomme tache d'Airy.

Remarques:
en lumière polychromatique, chaque ( créé sa propre figure de diffraction:
aucentre on trouve nécessairement une couleur résultant de la synthèse additive de
toutes les couleurs puis ensuite des cercles colorés résultant de la synthèse additive des ( qui se superposent - éventuellement aucune!-.

3> diffraction par une fente:
On travaille dans les mêmes situations.
On observe un trait, ou frange, plus lumineuse et plus large que les franges qui l'entourent.Remarque: la remarque du 2> reste valable.

III> Interférences lumineuses:

1> Analogies mécanique-optique:
Si deux ondes mécaniques, comme des vagues, se rencontrent, elle interférent. C'est le cas en optique si deux faisceaux lumineux se rencontrent et ce sous certaines conditions que nous verrons plus tard.

Prenons le cas typique de deux ondes mécaniques identiques qui se propagent sur l'eau:leur amplitude respective s'ajoute à tout moment lors de l'interférence des deux ondes.
Ainsi vous avez vu en mécanique :
- sommet + sommet = sommet = mouvement = onde dites en phase
- creux + creux = creux = mouvement = ondes en phase
- creux + sommet = "rien" = pas de mouvement = onde en opposition de phase

De même, en interférences acoustiques, onpeut avoir:
- son + son = son mais aussi son + son = silence.

Finalement, en optique on peut de la même façon observer:
- lumière + lumière = lumière mais aussi lumière + lumière = obscurité.

2> Conditions d'observation:
Les zones d'obscurité ne s'observent que sous certaines conditions très précises pour les deux sources lumineuses.

Pour observer aisément ces interférences, et sion part d'une source lumineuse monochromatique comme le laser, on peut réaliser:
- une division du front d'onde: ce sont les dispositifs de Young, trous et fentes T.P. 17-18
- une division du front d'amplitude: c'est par exemple le dispositif des miroirs de Fresnel, représentés à la fin de ce cours.

-> S1 et S2 sont des sources virtuelles, OM1 et OM2 sont deux miroirs et ( est trèspetit de quelques '.
Dans ces deux cas S1 et S2 sont des sources secondaires; elles sont dites cohérentes car elles émettent deux ondes de même ( et en phase. Cette condition de cohérence est indispensable pour observer des interférences.

3> Définitions:
Des interférences observables en tous points de l'espace où parviennent les deux ondes sont dites non localisées: c'est le cas...
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