chapitre 3 : proprietes des ondes

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CHAPITRE 3 : PROPRIETES DES ONDES
I) DIFFRACTION
I-1) Diffraction : observations expérimentales
La diffraction est une propriété des ondes. Au passage d’une petite ouverture ou d’un petit obstacle on
observe que la direction de propagation d’une l’onde est modifiée, sans que sa fréquence ou sa longueur
d’onde soit modifiée.
Diffraction sur une cuve à onde (voir doc 5 page 67)
A travers une fente de petite largeur A travers une fente de plus grande largeur
(phénomène très prononcé). (phénomène peu prononcé).
Diffraction d’un faisceau laser (voir doc. 1 et 2 page 67)
I-2) Conditions d’observation
Pour toutes les ondes, le phénomène de diffraction est nettement observé lorsque la dimension a de l’obstacle
ou de l’ouverture est voisine ou inférieure à la longueur d’onde 
N.B. Dans le cas des ondes lumineuses le phénomène est encore bien apparent avec
2
10
a
(ordre de
grandeur)

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I-3) Diffraction des ondes lumineuses
I-3-1) En lumière monochromatique
a
faisceau
laser
incident
ECRAN
D
l : largeur de la tache
centrale
: distance fente-écran
longueur
d'onde
fente (ou obstacle) de largeur a tache secondaire
tache secondaire
: écart angulaire
On peut montrer et on admettra que pour la diffraction par une fente ou un fil l’écart angulaire  est tel que :
a
avec  en radian (rad),  en mètre (m) et a en mètre (m).
Exercice
Montrer que si
2
l
D
alors
a
D
l 2
.
Donnée : On rappelle que si  petit alors tan ≈ 
I-3-2) En lumière blanche (polychromatique)
Voir Doc. 3 page 67
Chaque radiation monochromatique (couleur) est diffractée différemment. La figure de diffraction présente
une tache centrale blanche (superposition des différentes couleurs) et des taches latérales irisées (les
différentes radiations monochromatiques ne se superposent pas forcément).

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I-4) Applications du phénomène de diffraction
- Granulométrie industrielle (détermination des dimensions d’objets de petites tailles). Voir activité
expérimentale n°1 du chapitre 3.
- Holographie.
II) INTERFERENCES
II-1) Croisement de deux ondes
Au moment ou deux ondes progressives se croisent elles additionnent leurs effets. Après le croisement les
deux perturbations continuent à se propager sans être modifiées.
Perturbations dans le même sens Perturbations de sens inverses
Avant
Croisement :
Croisement :
Après
Croisement :
II-2) Qu’est ce que le phénomène d’interférence ?
Lorsque deux ondes progressives périodiques se superposent il y a interférence. En tout point du milieu de
propagation les deux ondes additionnent leurs effets (voir § II-1). Lorsque les deux sources sont synchrones*
(ou cohérentes), il apparait alors dans le milieu de propagation des zones d’amplitudes maximales ou
minimales (voir exemples ci-après) : on observe des figures d’interférences stables.
Deux sources d’ondes sont dites synchrones (ou cohérentes) si les ondes produites ont même fréquence (ou
même période) et présentent un déphasage  constant dans le temps.
-6
-4
-2
0
2
4
6
0 1 2 3 4 5 6
Elongation (unités arbitraires)
t (en s)
Sources cohérentes
= Cte
y1(t) y2(t)
T1= T2
T2

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Exemples :
a. Interférences sur une cuve à onde
b. Interférences avec un faisceau laser et deux fentes parallèles (fentes d’Young)
Voir doc. 6 page 68
II-3) Interférences constructives et destructives
Comment expliquer l’apparition dans le milieu de propagation de zones d’amplitudes maximales ou
minimales ?
La différence entre les distances parcourues par deux ondes issues de sources synchrones qui interfèrent en un
point M du milieu de propagation, est appelée différence de marche, notée .
S
S
1
2
M
= S M - S M
1
2
diffraction
interférences

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 Il y a interférence constructive au point M lorsque les deux ondes arrivent en phase au point M c'est-
à-dire lorsque  = k x avec
k
. L’amplitude de l’onde résultante est alors maximale.
 Il y a interférence destructive au point M lorsque les deux ondes arrivent en opposition de phase au
point M c'est-à-dire lorsque
2
)12(  k
. L’amplitude de l’onde résultante est alors minimale.
II-4) Interférences avec des ondes lumineuses en lumière monochromatique
a) Obtention de deux sources cohérentes
On obtient deux sources secondaires cohérentes à partir d’une seule source de lumière monochromatique
(laser par exemple). Les fentes d’Young utilisent ce principe (voir ci-dessous).
Onde reçue de S1 en
M
Onde reçue de S2
en M
Onde résultante en M
Onde reçue de S1
en M
Onde reçue de S2
en M
Onde résultante en M