Les interférences

OBSERVER
Ondes et matière
• Ondes et particules.
• Caractéristiques et propriétés des ondes
Notions et contenus
Compétences exigibles
• Propriétés des ondes
Diffraction.
Interférences.
Cas des ondes lumineuses
monochromatiques, cas de la lumière
blanche. Couleurs interférentielles.
Connaitre et exploiter les conditions
d’interférences constructives et
destructives pour des ondes
monochromatiques.
Pratiquer une démarche expérimentale
visant à étudier quantitativement le
phénomène d’interférence dans le cas des
ondes lumineuses
Académie de Besançon
Barata Orilde , Maurice Stéphane, Picaud Alexandre
http://www.lac.u-psud.fr/experiences-optique/Bulles-savon/Bullesavon.html
Comment mesure-t-on la vitesse
d’un corps en déplacement
http://video.google.com/videoplay?docid=73872844921836910&ei=EuOqSqy2K9DvlQeUyqCuAw&q=doppler&emb=1&s
o=2
Analogies mécanique-optique
Rappel :la diffraction
http://iut-tice.ujf-grenoble.fr/tice-espaces/GTR/am/index.asp?p=d100&dos=1
Les fentes d'Young avec des ondes
mécaniques
La source émet des ondes
circulaires.
Le diaphragme comporte
deux
ouvertures
très
rapprochées.
L'onde initiale diffractée par
les deux ouvertures sous la
forme de deux ondes
circulaires synchrones.
http://iut-tice.ujf-grenoble.fr/tice-espaces/GTR/am/index.asp?p=d100&dos=1
On observe l'amorce des
interférences sur la surface
de l'eau.
Le montage est équivalent à deux
sources qui vibrent à la même
fréquence
.
El fenómeno de interferencia, es explicado
por el profesor Álvaro Oñate
http://www.youtube.com/watch?v=ORgFEQQM2w
Si deux ondes mécaniques de même
fréquence, comme des vagues, se
rencontrent, elle interférent.
Que sait-on vraiment de la réalité ? Expérience quantique
http://www.youtube.com/watch?v=xx7zVp67C70&feature=fvwrel
sommet + sommet = sommet onde en phase
http://www.museevirtuel-virtualmuseum.ca/edu/ViewLoitDa.do;jsessionid=C1A132BFB3947A668D320774DBDA881D?method=preview&lang=FR&id=20290
sommet + creux = plat
http://www.museevirtuel-virtualmuseum.ca/edu/ViewLoitDa.do;jsessionid=F8484B64E375201AA104568DFB736ADC?method=preview&lang=FR&id=20291
Musée virtuel ca
Illustration avec les figures de moiré
Figures de Moiré à imprimer sur transparent pour illustrer différents types
d'interférences de façon géométrique
http://physique-eea.ujf-grenoble.fr/intra/Organisation/CESIRE/OPT/photos.php
Si les deux ondes mécaniques ont des
fréquences très proches on observe le
phénomène de battements .
http://library.thinkquest.org/19537/Physics5.html
En optique on peut de la même
façon observer
lumière + lumière = lumière
et sous certaines conditions :
lumière + lumière = obscurité.
Diffraction d'un faisceau laser par
une ou deux fentes.
Tache
centrale
interférences
http://physique-eea.ujfgrenoble.fr/intra/Organisation/CE
SIRE/OPT/photos.php
Les interférences sont constructives si δ=kλ
Constructive and destructive interference http://www.youtube.com/watch?v=a_BEe23UsmQ
Les interférences sont
destructives si
d=λ/2 ou d=-λ/2
d= λ+λ/2 ou d= -λ -λ/2
d= 2λ+λ/2 ou d= -2λ -λ/2
d= 3λ+λ/2 ou d= -3λ -λ/2
δ= (k+1/2)λ
Constructive and destructive interference http://www.youtube.com/watch?v=a_BEe23UsmQ
Les conditions d’interférences :
*
Il faut fabriquer deux sources secondaires à
partir d'une source ponctuelle monochromatique
cohérence spatiale (hors programme)
cohérence temporelle (hors programme)
*
La différence de temps de vol doit être faible
entre les deux sources. (chemin optique hors
programme)
Exemple d’un dispositif interférentiel:
Les fentes d’Young éclairé en lumière
monochromatique
Source •
a
D
Les fentes d’Young éclairé en lumière
polychromatique.
a
D
Quelle est l'influence du milieu de propagation
sur la figure d'interférence?
Pourquoi les bulles de savon sontelles multicolores ?
Il y a interférences constructives : δ = 2ne + λ/2=kλ
eau
Les couleurs de la lame mince à faces parallèles
dépendent de l’épaisseur de la lame mince.
www.odpf.org/anterieures/xiii/gr-15/memoire.pdf
δ = 2ne cos i + λ/2
Autre Application: Echelle des teintes de Newton
Sous l’effet de la gravité, e augmente .
www.odpf.org/anterieures/xiii/gr-15/memoire.pdf
Pour le premier ordre d’interférence k=1 on a δ = 2ne + λ/2 = λ
soit: λ=4ne. Quand e augmente la longueur d’onde λ augmente.
Comment lit on des données sur un CD?
Stockage optique: Expliquer le principe de la lecture par une approche
interférentielle
Exrait du livre :La physique par les objets quotidiens
Belin, Cedric Ray , Jean-Claude Poizat
Déphasage de π à la réflexion métallique (n2>n1)
Les couleurs des plumes de paon
La couleur des plumes de paon
dépend de la direction d’observation
www.odpf.org/anterieures/xiii/gr-15/memoire.pdf
Les couleurs des ailes de papillon
www.odpf.org/anterieures/xiii/gr-15/memoire.pdf
Pourquoi la couleur de certains tissus varie selon l' angle de la
lumière?
La fibre inspirée du papillon
• Après plus de 10 ans de recherche,
l'entreprise japonaise Teijin Fibers
Limited a réussi à recréer l'effet brillant
des ailes du papillon en combinant
61 couches de polyester et de nylon
dont chacune a une épaisseur avec un
indice de réfraction différent.
• L'effet produit quatre couleurs (rouge,
vert, bleu ou jaune) selon l'angle et
l'intensité de la lumière alors qu'il ne
contient aucune teinture.
http://www.journaldunet.com/economie/industrie/selection/les-tissusrevolutionnaires/la-fibre-inspiree-du-papillon.shtml
Expérience de Michelson-Morley
La théorie de la relativité conduit à un déplacement théoriquement nul des franges
d’interférence : Temps et relativité restreinte: invariance de c
Tests expérimentaux de l'invariance de la lumière.
http://www.astrosurf.com/miroir_grav/michelson.htm
Si la terre est en mouvement par rapport à l'éther, à la vitesse v dans une direction (vers
M1 ), alors les deux trajets ne sont pas faits à la même vitesse, et la distance parcourue
n'est pas la même dans les deux directions
Pratiquer une démarche expérimentale visant
à étudier quantitativement le phénomène
d’interférence dans le cas des ondes
lumineuses
• Objectif: Déterminer la distance a séparant les deux
fentes.
• Matériel: laser sur tige, diapositive comportant
plusieurs paires de fentes doubles, un bâton en verre
(pour élargir le faisceau incident), un écran
d’observation.
• Manipulations:
- mesurer i en faisant varier D avec a, λ fixes.
- mesurer i en faisant varier a avec D, λ fixes.
Dispositif expérimental
Figures d’interférences obtenues
avec et sans baguette de verre.
Tableau de valeurs
i1 (mm)
D1 (m)
i2(mm)
D2 (m)
i3 (mm)
D3 (m)
5,67
2,03
4
2,03
2,8
2,03
9
3,00
6
3,00
4,5
3,00
10
3,75
8
3,75
5,75
3,75
12,5
4,51
9
4,51
6,5
4,51
i1 (mm) i2 (mm) i3 (mm)
12
10
i1(D1)=2,807*D1
i2(D2)=2,025*D2
i3(D3)=1,463*D3
8
i1(D1)
6
i2(D2)
4
2
i3(D3)
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
D3 (m) D2 (m) D1 (m)
Exploitation de la modélisation
• i = f (D) est une fonction linéaire
• identification du coefficient directeur ( λlaser / a)
• détermination de a modélisation
a modélisée (mm)
0,23
0,32
0,44
a fournisseur (mm)
0,22
0,30
0,43
Ecart relatif (%)
4,5
6,7
2,3
Conseils et problèmes soulevés
•
Disposer de diapositives dont les valeurs de a sont données par le fournisseur,
sinon il faut disposer d’un microscope avec oculaire micrométrique pour les
mesurer.
•
Pour faire des mesures correctes de l’interfrange il faut disposer d’un grand
espace (D> 2m)
•
Il est préferable de s’en tenir à la comparaison amodélisation / ath et non à la
détermination de λlaser qui donne parfois des résultats incohérents.
•
Montage avec ou sans lenElle intercalée → amélioraEon peu visible
•
Référence des diapositives utilisées : Jeulin ref 21201413
Utilisation d'un capteur ccd
Charge-Coupled Device
3,53 mm
D= 12,5 cm
D= 21,5 cm
D= 32,0 cm
D= 40,5 cm
Logiciel imageJ
http://rsbweb.nih.gov/ij/download.html