Chapitre diffraction et interférences

Chapitre 3 : Propriétés des ondes

1. Un phénomène caractéristique d’une onde : la diffraction

La diffraction est le comportement des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle ou une ouverture ; le phénomène peut être interprété par la diffusion d'une onde par les points de l'objet.[pic 1]

Paramètres influençant le phénomène de diffraction : Plus la fente est faible, plus l’ouverture est grande.

Le demi-angle de diffraction est noté :

θ = λ/A

L’importance du phénomène de diffraction est liée au rapport de la longueur d’onde aux dimensions de l’ouverture ou de l’obstacle.

[pic 2]

Ces propriétés sont elles valables pour tous types d’onde ?

Ondes sonores :

[pic 3]

Une condition importante : la taille de l’ouverture ou de l’obstacle doit être de l’ordre de la longueur d’onde émise.

Exercice 1 : Une onde de fréquence f = 100 Hz et de célérité dans l’air v = 340 m.s-1 est-elle diffractée par une porte de largeur a = 1,0m

Ondes lumineuses :

[pic 4][pic 5][pic 6]

Tan θ =         Si θ est petit, sin θ ≈ θ et tan θ ≈ θ. Donc, θ ≈  ≈       a =               [pic 7][pic 8][pic 9][pic 10]

Exercice 2 : A partir de cette formule, exprimer et calculer la taille a de la fente pour une tâche de largeur 7,2 cm située sur un écran à 3,42 m de la fente éclairée par un laser de longueur d’onde 652 nm.

a =  =  = 62 µm[pic 11][pic 12]

Autres exemples de diffraction :

Dans certains cas, la diffraction est un phénomène limitant les performances des dispositifs, donc parasite.[pic 13]

La résolution d’appareils optiques comme les microscopes, appareils photos ou lunettes astronomiques est limitée par la diffraction.

Cependant, dans la plupart des cas, ce phénomène est extrêmement utile pour sonder la matière sur des dimensions que l’on ne peut atteindre optiquement ou avec des appareils classiques.

1. Les interférences

Il y a interférence en tout point d’un milieu, lorsque deux ondes issues de deux sources différentes se superposent.

Cependant, les figures d’interférences ne sont clairement observables, que sous certaines conditions sur ces ondes (même fréquence, source cohérents…).

La grandeur relative à l’onde résultante (élongation, pression, tension…) en un point du milieu est alors la somme des grandeurs issues des deux ondes arrivant en ce point.