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) Interférences à deux ondes constructives Interférences à deux ondes destructives Condition sur la différence de marche (diff. de longueur de trajet) Condition sur le retard ( différence de duréede trajet ) =n t = n T = 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