09/02/21 TP17_Interferences.docx 1/3
NOM : ... Prénom : ... Classe : …..
Tale Spé Thème : Ondes et signaux TP n°17
Physique Les interférences Chap.18
But du TP : Exploiter l’expression de l’interfrange dans le cas des interférences de deux ondes lumineuses en utilisant un logiciel de traitement d’image.
I. Phénomène d’interférence
Document 1 : Approche historique
Au début du XIXe siècle, le physicien anglais Thomas Young (1773-1821) réalise une expérience qui a marqué l’Histoire des sciences. En plaçant devant une source
lumineuse un cache percé de deux fentes fines parallèles, proches et distantes de b, il observe, en projection sur un écran distant de D, une alternance de raies sombres et brillantes : les franges d’interférences. Il en déduit la nature ondulatoire de la lumière.
La mesure de l’interfrange i, distance séparant deux franges consécutives de même intensité lumineuse, lui a permis de conclure que « la largeur des ondulations qui constitue la lumière rouge doit être dans l’air de l’ordre d’un trente-six millième de pouce ».
Document 2 : Dispositif expérimental
Document 3 : Webcam et logiciel de traitement d’image
Reliée à l’ordinateur, la webcam donne une image agrandie de l’écran. Le logiciel Mesurim2 permet de mesurer l’interfrange.
09/02/21 TP17_Interferences.docx 2/3
Document 4 : Incertitude sur la valeur de la longueur d’onde
La valeur de l’incertitude-type (à 95 %) associée au résultat de la mesure de la longueur d’onde λ vaut u(λ) = 2 𝜎𝑛−1
√𝑁
L’écart type σn-1 = √ 1
𝑁−1 ∑ (𝜆𝑁1 𝑖− 𝜆)²
La moyenne 𝜆 = 1
𝑁 ∑ 𝜆𝑁1 𝑖
Le résultat de la mesure est en accord avec la valeur de référence si le quotient |𝜆𝑚𝑒𝑠− 𝜆𝑟é𝑓|
𝑢(𝜆) est inférieur ou égal à 1.
Question préalable (S’approprier)
1) Déterminer la valeur de la longueur d’onde de la lumière rouge d’après l’expérience de T. Young (1 pouce = 2,54 cm).
Protocole expérimental (Analyser – Réaliser)
On souhaite déterminer quelle formule permet de calculer la valeur de l’interfrange i à partir des cinq relations ci- dessous :
𝑖 = 𝐷 + 𝜆
𝑎 ; 𝑖 = 𝜆2
𝐷2 ; 𝑖 = 𝑏
𝜆 𝐷 ; 𝑖 = 𝜆2 𝐷
𝑏 ; 𝑖 = 𝜆 𝐷
𝑏
2) A partir d’une analyse dimensionnelle ou d’observations expérimentales simples, indiquer quelle relation semble correcte.
3) Proposer un protocole expérimental pour vérifier la valeur de la longueur d’onde λ de la source Laser utilisée.
Aide : Le tracé d’un graphique judicieux et la modélisation de la courbe obtenue sont demandés.
Appeler le professeur pour lui présenter la démarche à réaliser, puis la mettre en œuvre.
Regrouper toutes les valeurs de la classe sur le tableau du professeur, puis les reporter ci-dessous.
Groupe 1 2 3 4 5 6 7 8 9
(en nm)
4) Déterminer si le résultat de la mesure est en accord avec la valeur de référence.
Programmation (Réaliser – Raisonner)
Dans un casque antibruit actif, un son (signal ) est ajouté au bruit (signal ) de telle sorte que la vibration globale soit quasiment nulle. Un programme informatique permet de matérialiser la superposition des deux signaux dans un casque antibruit.
Charger le fichier Interférences.py.
Exécuter le programme en ayant indiqué la valeur de la longueur d’onde λmes trouvée précédemment.
Observer la figure d’interférences lorsque le déphasage (ou phase à l’origine), noté φ (phi) de l’un des deux signaux évolue.
Appeler le professeur : la figure représentée doit simuler le cas d’un casque antibruit.
5) Pour quelle(s) valeur(s) du déphasage φ, le casque antibruit est simulé ? S’agit-il d’interférences constructives ou destructives ?
09/02/21 TP17_Interferences.docx 3/3
II. Taille d’un pixel d’un écran de Smartphone
Comment déterminer la taille d’un pixel d’un écran de Smartphone ?
Document 5 : Résolution
Un écran d’ordinateur ou de Smartphone est constitué d’un quadrillage formé de millions de pixels très petits. Plus la taille du pixel est faible, meilleure est la restitution de l’image (résolution élevée).
La résolution correspond au nombre de pixels par pouce (dpi). Cette valeur est souvent indiquée sous forme d’un produit du type 720 1208 (nombre de pixels sur la largeur nombre de pixels sur la hauteur).
Document 6 : Dispositif expérimental
Eclairé par un faisceau Laser, chaque pixel se comporte comme autant de carré réfléchissant.
Par réflexion, on obtient une figure d’interférences dont la mesure de
l’interfrange i permet de déterminer la taille d’un pixel.
Protocole expérimental (Réaliser)
1) Réaliser le montage expérimental. Indiquer les mesures à effectuer pour déterminer la taille d’un pixel d’un écran Smartphone.
Exploitation (Analyser-Valider)
2) Calculer la valeur expérimentale pexp de la taille d’un pixel.
3) À partir des caractéristiques du Smartphone, déterminer la taille théorique pthéo d’un pixel. Conclure sachant qu’on accepte un écart relatif inférieur à 5 %. Indiquer les éventuelles causes d’erreur.
