Terminale S www.sciencesphysiques.info TP de Sciences Physiques nÀ5 Le phénomène dÊinterférences Objectifs de la séance Observer et analyser le phénomène d’interférences d’ondes océaniques. Réaliser un montage permettant d’obtenir une figure d’interférences d’ondes lumineuses. Comprendre la relation entre la structure de la figure obtenue et les caractéristiques de l’obstacle. Savoir déterminer expérimentalement la longueur d’onde d’une onde lumineuse monochromatique. Compétences évaluées Un compte–rendu vous sera demandé en fin de séance. Les compétences évaluées ici sont : « s’approprier » (la problématique à l’aide de documents, coefficient 1), « réaliser » (montage, obtention des figures et mesures, coefficient 2), « analyser » (établir un protocole, coefficient 2), et « valider » (exploitation des valeurs mesurées et cohérence des résultats, coefficient 1). Introduction Les baies de Sao Martino do Porto, au Portugal (photo de gauche) et de Saint Jean de Luz, en France (photo de droite), sont le siège de phénomènes ondulatoires naturels. I- Découverte du phénomène d’interférences Décris brièvement chacune des deux images. Schématise simplement les deux situations. Exprime brièvement ce qu’est le phénomène d’interférences. II - Observation : diffraction d’une onde lumineuse par une fente unique ou deux fentes proches Réalise un montage pour observer une figure de diffraction, puis une figure d’interférences, à l’aide du matériel disponible. Appelle le professeur pour lui montrer successivement les deux figures. Schématise chacune des deux figures obtenues (sans souci d’échelle). Compare la structure de ces figures en quelques phrases (pas de mesures ici, on ne comparera pas les largeurs des deux figures, qui dépendent de trop nombreux paramètres). TP de Sciences Physiques n°5 : interférences Page 1 / 2 Terminale S www.sciencesphysiques.info III - Mesure expérimentale de la longueur d’onde d’une lumière monochromatique Document n°1 : Thomas Young Thomas Young (1773 – 1829, 56 ans), est un physicien, médecin et égyptologue britannique. Son excellence dans de nombreux domaines non reliés fait qu'il est considéré comme un polymathe, au même titre par exemple que Léonard de Vinci. Il exerça la médecine toute sa vie, mais il est surtout connu pour sa définition du module d’Young en science des matériaux et pour son expérience des fentes d’Young en optique, dans laquelle il mit en évidence et interpréta le phénomène d’interférences lumineuses. Il s’intéressa également à l’égyptologie en participant à l’étude de la pierre de Rosette. (http://fr.wikipedia.org/wiki/Thomas_Young) Document n°2 : modélisation mathématique de la figure d’interférences lumineuses L’étude théorique d’une figure d’interférences lumineuses montre que : i= λ×D e (avec i, λ, e et D en mètres) où « D » représente la distance entre les fentes d’Young et l’écran, « e » l’écart entre les fentes d’Young, « i » l’interfrange et « λ » la longueur d’onde du faisceau lumineux utilisé. On remarquera que la taille de l’ouverture n’intervient pas ici. Définition : dans le cas d’interférences lumineuses, on appelle « interfrange » la distance du milieu d’une zone noire au milieu de la zone noire suivante, soit la largeur d’une tâche d’interférence constructive. Document n°3 : définition de la longueur d’onde Une onde périodique est un phénomène physique qui se propage et se reproduit à l'identique un peu plus tard dans le temps et un peu plus loin dans l’espace. On peut alors définir la longueur d’onde comme étant la plus courte distance séparant deux points de l’onde qui vibrent en phase, c'est-à-dire qui effectuent le même mouvement au même moment. Document n°4 : notice de la diode laser rouge 1 mW (classe II) Diode laser spécialement étudiée pour répondre aux règles de sécurité définies par la circulaire du Ministère de l'Education Nationale du 12/10/99. Un réglage vertical de ± 3° permet de réaliser un alignement optique parfait avec l'écran gradué. Caractéristiques Diamètre du rayon (à 5 m) : 8 mm Longueur d'onde : 650 nm Problème Rappel : pour mesurer la longueur d’onde des ondes ultrasonores, nous avons visualisé une onde sinusoïdale à l’aide de deux récepteurs. Nous avons placé les deux récepteurs de manière à observer sur un écran d’oscilloscope des courbes en phases, puis nous avons fait « glisser une courbe sur l’autre » afin de retrouver des courbes en phase. La distance de déplacement relative d’un récepteur par rapport à l’autre entre deux mises en phase successives correspondait à une longueur d’onde. Malheureusement, cette méthode n’est évidemment pas applicable dans le cas d’une onde lumineuse dont la longueur d’onde est de l’ordre -7 (dixième de micron). Il vous est demandé d’établir un protocole (sous forme de schéma), de le faire valider, puis de prendre les mesures nécessaires afin de vérifier l’information de longueur d’onde donnée par le constructeur du laser. TP de Sciences Physiques n°5 : interférences Page 2 / 2