Tp michelson - Egalite des chances
publicité
Projet citoyen 2013/2014 TP : Interféromètre de Michelson Objectif : Introduction à l’optique ondulatoire Étude du phénomène de diffraction et d’interférence Étude du l’effet piézoélectrique Matériel : Interféromètre de Michelson Générateur de tension Cuve d’air 1 Projet citoyen 2013/2014 L’interféromètre de Michelson tire son nom du physicien Albert Abraham Michelson. Durant ses travaux, il met au point un système d’interférométrie censé pouvoir mettre en évidence l’existence de l’Éther, sorte de courant, qui diminuerait la vitesse de propagation de la lumière sur une des voies de l’interféromètre par rapport à l’autre. Les résultats ne parvenant pas à montrer la moindre différence de vitesse, Michelson invalida partiellement la théorie, et fournit par là même de précieuses pistes pour la théorie de la relativité d’Einstein à venir. Principe de l’appareil : L’interféromètre est composé de deux miroirs M1 et M2, d’un laser comme source lumineuse et d’une lame séparatrice Sp qui est inclinée de 45° par rapport au faisceau du laser. Source Le faisceau du laser est séparé en 2 par la lame séparatrice. L’un est réfléchi et l’autre la traverse. Ces 2 faisceaux se reflètent sur leur miroir respectif (M1 et M2) et se recombinent après un nouveau passage dans la lame séparatrice. D1 D2 δ = D1 – D2 On appelle chemin optique, la distance parcourue par la lumière en fonction de l’indice du milieu : D = L*n avec L la distance parcourue et n l’indice du milieu dans lequel la lumière se propage (air, eau, …). Et la différence de marche δ = D1 – D2 Dans le cadre du TP, le miroir M2 est fixé à l’extrémité d’un barreau piézoélectrique et on considère que la lumière est une onde qui se propage selon une direction et une vitesse donnée. L’une des propriétés des ondes est qu’on peut en sommer plusieurs. Ainsi, les champs des deux ondes se retranchent ou s’ajoutent selon la valeur de la différence de marche δ. On peut observer 2 cas généraux: Les ondes sont en opposition de phase : l’intensité est nulle Les ondes sont phases : l’intensité est maximale 2 Projet citoyen 2013/2014 Piézoélectricité : Un piézoélectrique est un matériau qui se déforme lorsqu’il est soumis à une tension. Et dans le cas inverse, on a une tension qui apparaît lorsqu’on exerce une pression, nommé effet piézoélectrique inverse. Ce phénomène a été découvert au XIXème siècle par les frères Pierre et Jacques Curie Miroir M1 Piézoélectrique Laser Lame séparatrice Sp Lentille divergente 1) Allumer le laser et décrire la figure obtenue sur l’écran. ………………………………………………………..… ………………………………………………………..… ………………………………………………………..… ………………………………………………………….. ………………………………………………………….. 3 Projet citoyen 2013/2014 2) Faites varier continûment la tension à l’aide d’un générateur. Décrire ce qui se passe sur l’écran. ………………………………………………………..… ………………………………………………………..… ………………………………………………………..… ………………………………………………………..… ………………………………………………………..… ………………………………………………………..… ………………………………………………………..… ………………………………………………………..… 3) On voudrait le déplacement de plusieurs franges. Mesurer la variation de tension nécessaire pour ces déplacements. On donne : 1 frange défilée = λ/2 avec λ = 600 nm. Nombre de frange défilée Déplacement (µm) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 4 Aller Retour Tension (Volt) Tension (Volt) Projet citoyen 2013/2014 4) Tracer le graphe à partir δ=f(V) du tableau. Conclure par rapport au graphe obtenu ………………………………………………………..… ………………………………………………………..… ………………………………………………………..… ………………………………………………………..… ………………………………………………………..… ………………………………………………………..… ………………………………………………………….. 5) Faire le vide dans la cuve et la placer délicatement à l’emplacement prévu. Le chemin optique D2 est donc modifié. Faites rentrer de l’air dans la cuve. Décrire ce qui se passe. Cuve ………………………………………………………..… ……..………………………………………………….. ………………..………………………………………… ..…………………………..…………………………… …………………………..……………………………… ……..…………..…………………………………..…… ………..………………………………………………… ………………………………………………………….. 5 Projet citoyen 2013/2014 Principe de la mesure par comptage des franges : L’enceinte est initialement vide (absence d’air). On introduit lentement de l’air, ce qui équivaut à modifier l’indice de réfraction dans l’enceinte. Ce qui provoque donc, un défilement de frange que l’on peut observer sur l’écran. Ainsi, on parvient à déterminer l’indice de réfraction n de l’air en comptant le nombre de frange qui ont défilée. 6) Déterminer l’indice de l’air par la formule suivante : λ.N = 2 L (nair-1). Avec N le nombre de franges défilées, λ = 600 nm, la longueur d’onde du laser L = 5 cm, la longueur de la cuve. ………………………………………………………..… ………………………………………………………..… ..………………………………………………………… …..……………………………………………………… ……..…………………………………………………… ………...…………………………………………...…… 6
