Cours 6 - Interférences
v2015
Vocabulaire
Différence de marche : différence de distance parcourue , entre deux perturbations issues de
deux sources différentes arrivant en un même point .
Sources cohérentes : sources de perturbations émettant en phase (ou avec un déphasage
constant) des ondes (nécessairement de même fréquence , sinon il ne peut exister de relation de phase )
Interférences
Lorsque deux ondes se superposent en un même
point il y aura addition des deux perturbations.
Si les sources de ces ondes sont cohérentes on
discernera à l'oeil un motif permanent
« d’interférences » .
(gauche : interf. d’ondes méca / droite interf.
d’oem – « franges » )
Interférences constructives et destructives
Les deux graphes ci-dessous représentent les perturbations subies par un point de l’espace, au cours du temps.
(gauche) Si deux perturbations issues de sources cohérentes arrivent en phase en un même point de l'espace, l'amplitude de
l'onde résultante sera maximale . L’interférence est « constructive » . ( TP / Donald est secoué un max)
(droite) Si par contre elles arrivent en opposition de phase , l'amplitude de l'onde résultante sera minimale . L’interférence est
destructive . ( TP : Coin-Coin ne sent rien)
(hypothèse : sources des perturbations en phase)
Condition sur la
différence de marche
(diff. de longueur de trajet)
Condition sur le retard
( différence de duréede trajet )
Interférences à deux ondes
constructives
= n
t = n T
Interférences à deux ondes
destructives
= n + /2
t = n T + T/2
Interférences en lumière monochromatique
dispositif de Young
le dispositif de Young utilise la diffraction
pour générer deux sources cohérentes S1
et S2 à partir de S , et les faire interférer
entre elles.
Aux endroits satisfaisant aux conditions
d’interférences destructives, ( deux
ondes lumineuses en opposition de
phase) on voit des « franges sombres »
Ailleurs, l’addition des ondes donne une
perturbation périodique non nulle
dépendant du temps. Mais l'oeil n'est pas
capable de « suivre » ses variations
(domaine visible : fréquences de l’ordre de 5 1016 Hz) . Il verra simplement de la lumière.
Dans le cas du dispositif de Young, on montre que l'interfrange (distance entre deux franges brillantes successives, ou deux
franges sombres successives) est tel que i = D/a ( longueur d'ondes distance fentes/écran a distance entre fentes )
Interférences en lumière blanche
Il ne peut y avoir d’interférences qu’entre ondes de même fréquence .
Dans le cas d’une lumière polychromatique, le motif d’interférences sera donc la superposition de tous les motifs d’interférenecs
polychromatiques. (voir manuel par3.1 p97)
Couleurs interférentielles
Lorsque de la lumière blanche arrive sur une
couche de matériau très mince (bulle de savon, film
d'essence sur de l'eau , dépôt métallique sur du
verre etc...) , il existe une possibilité d'interférences
entre les ondes réfléchies par la face avant et celles
réfléchies par la face arrière .
Pour une différence de marche donnée (dépendant
de l'épaisseur de la couche mince , de l’indice
optique n , et des angles en jeu) il y aura
interférences constructives pour certaines l.
d’ondes et destructives pour d’autres.
La lumière blanche « perdant » certaines couleurs,
elle deviendra colorée. ( synthèse soustractive ) .
En pratique, ceci n'arrive que pour des couches présentant une épaisseur du même ordre de grandeur que les longueurs
d'ondes concernées.
(rappel de seconde : indice de réfraction d'un milieu (indice optique)
n (air) = 1 n(eau) = 1,33
L'indice n intervient dans certains calculs de différence de marche, lorsque les ondes qui
interfèrent passent par des milieux différents (comme cas précédent) .
La durée que met la lumière pour traverser une longueur L dans un matériau d’indice n est t = L / v or v = c / n d’où t = nL / c .
Un trajet L dans un milieu d’indice n est donc équivalent à un trajet dans le vide de longueur n L )
Dualité onde-corpuscule et interférences Lire page 406 du manuel
Lorsque l’on reprend le dispositif des fentes d’Young et que l’on envoie un par un
des photons sur les fentes , on voit apparaître …. des franges d’interférences !!!
On s’attendrait à ce que les photons franchissent simplement les fentes comme
des billes…
Ceci est (avec la diffraction des électrons) une autre illustration frappante de la
dualité onde-corpuscule.
On interprète le phénomène ainsi : la position d’un photon ne pouvant être
connue avec précision, celui-ci est décrit au niveau des fentes comme une
« onde de probabilité de présence » . On se ramène alors à une situation
« classique » d’interférences . Par contre le photon devient « réel » au moment
de sa détection sur l’écran.
Détail amusant, si l’on essaie de savoir par un moyen quelconque quelle fente le
photon passe, l’expérience ne marche pas !
Exos recommandés : chap 6 : 2, 4, 18, 24, 29 chap 20 : act 3
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