Les interférences

Révisez le phénomènes des interférences grâce à cette fiche de cours créée par notre professeur de physique-chimie, M. Rachini. Ce chapitre fait partie de la séquence sur les ondes et matière au programme de la terminale scientifique....

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Révisez le phénomènes des interférences grâce à cette fiche de cours créée par notre professeur de physique-chimie, M. Rachini. Ce chapitre fait partie de la séquence sur les ondes et matière au programme de la terminale scientifique. L'expérience de Young, la différence de marche, les interfranges n'auront plus de secret pour vous !

 

Nouveau sur digiSchool ! Découvrez aussi le cours en vidéos ! Découvrez la suite du cours en vidéo : Les différences de marche delta.

I - Le phénomène des interférences

Le phénomène d'interférences résulte de la superposition de deux ondes de même fréquence (appelées synchrones) et de déphasage constant entre elles (cohérentes). Ce phénomène se manifeste avec les ondes lumineuses et les ondes acoustiques.

II - Obtention des interférences lumineuses

1 - Superposition de deux sources lumineuses monochromatiques différentes ayant la même longueur d'onde

Les deux sources ont la même fréquence qui est parfaitement définie (elles sont dites synchrones). Donc, il est impossible d'avoir des interférences, quelle que soit la distance d'observation et quel que soit l'écartement entre les sources lumineuses.

2 - Expérience de Young

En 1801, Young a réalisé une expérience de diffraction de la lumière de Soleil. Son système de diffraction est constitué de deux plans de diffraction et un écran d'observation (voir la figure ci-dessous).
Le premier plan a un trou, le deuxième présente deux trous de diffraction très rapprochés. Le résultat de son expérience a relevé la présence d'une zone avec des raies alternativement brillantes et obscures, appelée zone des interférences.

3 - Lumière provenant d'une source lumineuse monochromatique

En utilisant l'expérience de Young, on constate qu'il est donc possible de réaliser des interférences lumineuses à partir d'une source unique et de deux sources secondaires. Ces sources secondaires sont dites synchrones (mêmes fréquences) et cohérentes (car elles proviennent de la même source monochromatique).
Pour obtenir un phénomène d'interférences, il faut superposer au moins deux ondes de même fréquence et issues d'une même source primaire (ondes cohérentes).

III - La différence de marche

La différence de marche (parfois appelée différence de chemin optique) entre deux rayons lumineux est la différence des chemins optiques parcourus par ces deux rayons. Cela permet d'évaluer le retard, ou le déphasage (si on parle d'une onde monochromatique), qu'un de ces rayons a par rapport à l'autre.
Elle peut calculée par l'expression suivante (voir figure suivante) :
? = S 2M - S 1M et aussi ? = Equation (1)
Avec ? en m, a (en m) = distance entre les deux sources S1 et S2, X (en m)= la distance du sépare le point M du centre de l'écran d'observation et D (en m) = la distance qui sépare la plaque bifentée de l'écran d'observation.

Retrouvez la suite du cours sur les interfranges dans cette fiche !

IV - Les interfranges

L'interférence de deux rayons lumineux qui se rencontrent dépend du retard qu'ils présentent l'un par rapport à l'autre.
- Si les deux ondes sont superposables, alors leurs amplitudes s'ajoutent. On dit aussi qu'elles sont en coïncidence ou en phase. L'intensité lumineuse est alors maximale. On parle d'interférences constructives (franges brillantes).
- Si les deux ondes sont exactement opposées, alors leurs amplitudes s'annulent. On dit qu'elles sont en anti-coïncidence ou en opposition de phase. L'intensité lumineuse est alors nulle. On parle d'interférences destructives (franges sombres).
C'est pourquoi on observe des franges alternativement brillantes et sombres sur une figure d'interférences

1 - Les franges brillantes

Quand les deux ondes arrivent en phase au un point donné M, leurs effets s'ajoutent. On parle donc d'une frange brillante.
La différence de marche dans ce cas est donc égale à un multiple entier de la longueur d'onde:
? = K? = Equation (2)
Ce qui nous permet de déduire que la position moyenne d'une frange brillante est égale à :
X = K Equation (3)

2 - Les franges sombres

Quand les deux ondes arrivent en opposition de phase au un point donné M, leurs effets s'annulent. On parle alors d'une frange sombre.
La différence de marche dans ce cas est donc égale à un multiple entier impair de demi-longueurs d'onde :
? = (2 K+1) Equation (4)
La position moyenne d'une frange sombre est donnée par :
X = ( K Equation (5)

3 - Les interfranges

La distance entre deux franges brillantes (ou deux franges sombres) successives est appelée l'interfrange et est notée i.
L'interfrange est défini par l'expression suivante :
i = Equation (6)

V - La lumière polychromatique (lumière blanche)

En remplaçant la source monochromatique présentée précédemment par une lumière polychromatique (lumière blanche), on observe une frange centrale brillante, blanche et, de part et d'autre, des franges brillantes irisées.

La lumière blanche est une superposition d'une infinité de radiations dont les longueurs d'onde sont comprises entre 400 nm et 750 nm.
Chaque radiation donne des franges placées différemment sur l'écran. L'interfrange i dépend de chaque longueur d'onde.
Les systèmes de franges correspondant aux différentes longueurs d'onde sont donc décalés.
Au centre du champ d'interférences (X = 0), la différence de marche ? est nulle.
Chaque radiation donne, au centre, une frange brillante. La superposition de ces franges brillantes, de couleurs différentes, donne une frange centrale blanche.
Puis, en s'éloignant de la frange centrale, la couleur résultante en un point dépend des intensités relatives des diverses radiations en ce point. En un même point, des radiations peuvent donner des franges sombres et d'autres des franges brillantes.
Et si on s'éloigne trop de la frange centrale, l'enchevêtrement est trop complexe et l'œil perçoit une teinte blanchâtre appelée blanc d'ordre supérieur. En un point de ce blanc, toutes les radiations ne sont pas présentes.

VI - Les couleurs interférentielles

Les couleurs rencontrées dans la vie de tous les jours ont plusieurs origines physiques : on peut citer par exemple:
- Le bleu du ciel (couleur par diffusion)
- L'arc en ciel (couleur par réfraction)
- Un concombre vert (couleur par absorption)
D'autres couleurs sont obtenues par le phénomène des interférences comme les bulles de savon (voir image à droite), les taches d'huile sur le sol qui produisent des couleurs liées au phénomène d'interférences. Des interférences se produisent également dans les films minces. Les couleurs obtenues sont peu intenses.

Fin de l'extrait

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Les avis sur ce document

Auper99
5 5 0
20/20

Super fiche toujours complète et courte merci beaucoup ;)

par - le 30/04/2017
jawad1998
3 5 0
12/20

Fiche complète et courte comme d'habitude. Un grand merci! :D

par - le 11/12/2016
Bibidu66
5 5 0
20/20

Fiche complète et courte comme d'habitude. Un grand merci! :D

par - le 25/04/2016

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