Le phénomène d’interférences

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OBSERVER / PHYSIQUE TP

Le phénomène d’interférences

1. Mise en évidence du phénomène d’interférences d’ondes mécaniques :

Définition : En mécanique ondulatoire, on parle d'interférences lorsque deux ondes de même type se rencontrent et interagissent l'une avec l'autre.

Nous allons voir ce phénomène sur animation : « Croisement ondes » située dans

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Choisir deux impulsions vers le haut et lancer l’animation.

1. Que se passe-t-il lorsque les deux ondes se croisent ? 2. Leur célérité paraît-elle modifiée après leur rencontre ?

3. Représenter sur la troisième figure ci-contre le croisement de ces deux ondes au point M 4. Dans ce cas, on parle d’interférences constructives. Justifier ce terme.

5. Comment créer des interférences destructives ? Les réaliser sur l’animation et représenter ce type d’interférence sur une figure.

2. Interférence des ondes lumineuses :

2.1. Interférences en lumière monochromatique : REA

Envoyer un faisceau laser sur un ensemble de 2 fentes verticales fines et rapprochées (appelées fentes d’Young)

1. Qu’observe-t-on sur l’écran ? Quels phénomènes met-on ainsi en évidence ?

2. Modifier les fentes utiliser, quelle(s) différence(s) observe-t-on sur l’image obtenue ?

La distance séparant deux franges sombres ou deux franges brillantes consécutives est appelée

« interfrange » et notée i. On admettra que i est proportionnel à la longueur d’onde de la radiation utilisée.

A l’aide d’un protocole expérimental que l’on détaillera, répondre aux deux questions suivantes : ANA 3. Comment varie i en fonction de la distance D entre les fentes et l’écran ?

4. Comment varie i en fonction de la distance a entre les deux fentes ?

5. En déduire, parmi les formules proposées, celle correspondant à l’expression de l’interfrange.

tempfile_12074.doc.doc TS

O. Chaumette 1/3

M

(2)

a/ i = 

x

a

x

D b/ i = 

x

a

D

c/ i = 

x

D

a

d/ i =

a D

λ



6. Choisir une valeur de D et ne plus la modifier.

Proposer et réaliser un protocole expérimental permettant, à partir de la formule du 5., de vérifier expérimentalement la valeur de . On terminera par un calcul d’erreur. ANA, VAL et COM

Données constructeur :Les fentes doubles ont une largeur de 70 µm et sont écartées de 0,2 mm, 0,3 mm et 0,5 mm

2.2. Interférences en lumière blanche :

Lire le paragraphe 3.1. p 97 du livre Nathan. (ou le document « interférences_lum_blanche.pdf » dans commun/TS) Quelle différence observe-t-on entre les interférences en lumière monochromatique et blanche ?

3. Un peu de théorie : Les conditions d’interférences :

3.1. La différence de marche :

Pour obtenir des interférences, il faut que deux ondes de même fréquence et de même nature se superposent en un point M de l’espace. Les sources créant ces deux ondes sont dites alors cohérentes.

La différence de marche (notée ) est la différence de distance parcourue par les deux ondes avant d’arriver au point M.

Dans le cas des fentes d’Young, les deux sources S1 et S2 sont cohérentes car issues de la même source initiale S.

En s’aidant du schéma ci-contre, exprimer la différence de marche  au point M.

3.2. Interférences constructives et destructives avec des ondes périodiques :

1. On superpose deux ondes périodiques issues de deux sources cohérentes S

1

et S

2

. Dessiner l’allure de cette superposition dans les deux cas figurant ci-dessous..

2. Que peut-on dire des ondes issues de S

1

et S

2

dans chaque cas ? Nommer le type d’interférence au point M.

3. De quelle distance peut-on déplacer S

2

par rapport à S

1

pour que les interférences restent constructives en M ? Généraliser cette réponse.

4. Même question pour les interférences destructives.

5. Conclure en complétant :

Si deux ondes issues de sources cohérentes :

O. Chaumette 2/3

(3)

 arrivent en phase en un point de l’espace, leur superposition donne ……….

 arrivent en opposition de phase en un point de l’espace, leur superposition donne ……….

3.3. Conditions d’obtention des interférences :

6. Quelle doit-être la différence de marche entre deux ondes pour que leur superposition donne des interférences constructives ?

7. Même question pour les interférences destructives.

Remarque : l’expression de l’interfrange vue dans le paragraphe précédent (i = D/a) s’établit à partir des conditions d’interférences. La démonstration, hors programme, utilise le théorème de Pythagore et n’est pas trop compliquée. Cette démonstration se trouve sur le livre Nathan page 97.

O. Chaumette 3/3