1°STL SPCL
Thème :
D’une image à l’autre
TP N° 22 : Diffraction
Objectif : Utiliser une source laser en respectant les règles de sécurité.
Mesurer une distance avec une source laser.
1. Qu’est-ce que la diffraction ?
Matériel :
Source laser rouge (Longueur d’onde = ……….. nm )
Il est interdit de regarder dans l’axe du faisceau ! Le faisceau sera toujours dirigé vers le mur !
Laser Porte objet avec Ecran
Un objet diffractant
0 100
D On dispose de différentes mires imprimées sur transparents
1.1. Dans quel cas y-a-t’il diffraction ?
Placer différentes fentes sur le porte objet, est-ce qu’il y a toujours diffraction ? En déduire une condition pour qu’il y ait diffraction .
1.2. Objets complémentaires :
Comparer la tâche de diffraction obtenue avec un trait et une fente de même largeur
Deux objets de forme complémentaire produisent des figures de diffraction ………..
Ceci s’explique par le fait que le phénomène de diffraction est produit par les bords d’un objet. Comme le montre la figure, deux objets complémentaires possèdent les mêmes bords et produiront par conséquent la même figure de diffraction.
2. Mesure du diamètre d’un cheveu
Vous devez déterminer le diamètre d d’un de vos cheveux ainsi que l’incertitude associée à votre mesure.
1. Expliquer en quoi le phénomène de diffraction permet de mesurer une petite longueur.
2. Réaliser l’expérience.
Document 1 :
est l’angle entre le centre de la tache centrale et le centre de la première extinction.
On montre géométriquement que
Où l est la distance entre le milieu de la tâche centrale et la première extinction (L = 2 l est la largeur de la tâche centrale) LASER l
FENTE
a
Ecran Objets de forme complémentaire
3. La diffraction et l’appareil photo 3.1. Perte de contraste
Pour un appareil photo le petit trou est le diaphragme de l'objectif.
En passant par l'ouverture du diaphragme la lumière va donc se diffuser:
un point se transforme en tache floue au niveau du capteur.
1. Dans quelle situation la diffraction va-t-elle devenir importante ?
2. Prendre en photo cette mire à f/4 puis à f/22
Les effets de la diffraction se font sentir par un amollissement des transitions (perte de contraste).
La perte de résolution, c’est-à-dire la disparition des transitions les plus fines est peu impactée par la diffraction, par contre la perte de contraste même sur les transitions les plus larges est fortement affectée par la diffraction.
3.2. Créez votre propre forme de « bokeh » :
Le terme vient du japonais « boke », qui signifie « flou ».
Nous allons voir qu’il est possible de gagner en créativité en modifiant l’aspect du bokeh, particulièrement quand il y a des sources de lumière en dehors du plan de netteté qui en tant normal forment des taches rondes.
Il s’agit en fait de découper un cercle de papier suffisamment rigide (un peu cartonné comme du canson),idéalement noir pour éviter les reflets à l’intérieur de l’objectif et du diamètre de l’objectif, généralement
indiqué sur l’avant de l’objectif par le signe Ø suivi d’une valeur (en mm). Ensuite à l’aide d’un cutter découper le motif que l’on souhaite. Et c’est là qu’il va falloir être imaginatif ! Coeurs,
triangles, trèfles, lettres, bougies, étoiles, papillons ! Tous les motifs sont possibles.
Un fois le motif découpé, vous n’avez plus qu’à fixer le cercle sur la lentille avant de votre objectif, soit en le coinçant, soit en le scotchant (avec du scotch pas trop fort, et qui ne laisse pas de trace pour éviter d’abîmer l’objectif).
Exercice en classe :
4. La diffraction en astronomie
Document 1
Lorsqu’on on regarde certaines photographies d’étoiles, on ne peut s’empêcher de remarquer que ces dernières possèdent des « branches » leur donnant l’aspect … d’une étoile ! Cet effet est si répandu que l’on finit par croire qu’il est naturel.
Cependant, on peut remarquer que selon les photos, les étoiles n’ont pas le même nombre de branches (voir photo-ci- dessous).
En réalité, ces « branches » sont dues à la diffraction de la lumière issue des étoiles par certains éléments de l’instrument d’optique utilisé, en l’occurrence un télescope. Certains télescopes, comme celui présenté sur le document 1, sont constitués d’un miroir secondaire situé à l’entrée du télescope et permettant l’observation des objets célestes à travers l’oculaire.
Ce miroir secondaire est maintenu par des « bras » que l’on appelle aigrettes. L’ensemble {aigrettes + miroir} constitue ce que l’on appelle, dans le jargon des astronomes, une araignée.
West Summerland Key, FL, U.S.A. WSP 2008 Images de Sirius prises par deux différents types de télescopes Télescope muni de son araignée
Miroir secondaire
Aigrette
Miroir primaire Oculaire
