TP sur les interférences

Interférences

Objectifs et compétences

• Connaître 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.

Problématique

En 1801, au cours de la controverse sur la nature de la lumière, le scientifique britannique Thomas Young réalise une expérience historique en faveur de la nature ondulatoire de celle-ci.

Cette expérience consistait à faire se superposer deux faisceaux de lumière issus d’une même source en les faisant passer au travers de deux ouvertures et en observant le résultat sur un écran.

Que va-t-on observer en superposant la lumière passée par les deux ouvertures ?

Documents mis à disposition

Matériel disponible

Lasers (rouge λR = 650 nm, vert λV = 550 nm et bleu λB=480 nm) • Fentes d’Young de différentes largeurs et de différents écartements • Supports • Ecrans • Webcam • Logiciels LifeCam et SalsaJ

I ) Figures d’interférences

• Réaliser le montage expérimental à l’aide du laser rouge.

1. Faire un schéma précis de la figure observée sur l’écran.

Les figures obtenues sont des figures d’interférences. On parle d’interférences « constructives » et d’interférences « destructives ».

On peut modéliser les deux lumières monochromatiques issues des deux fentes par deux sinusoïdes :

2. Expliquer pourquoi la superposition des ondes dans la configuration ci-contre conduit à des interférences constructives.[pic 5]

3. Dessiner la position des deux ondes conduisant à des interférences destructives.

4. En déduire sur la figure d’interférences précédemment obtenue ce qui pourrait correspondre à la zone dite :

• d'interférences constructives,
• d’interférences destructives.

II )  Etude de la figure d’interférences

        1 ) Capture de l’image à l’aide d’une webcam et du logiciel Microsoft LifeCam

• Placer la webcam en hauteur, derrière le verre dépoli.
• Placer une règle graduée transparente en contact avec le verre dépoli.
• Ouvrir le logiciel Microsoft LifeCam.
• Lorsque la mise au point est satisfaisante, cliquer sur l'icône représentant un appareil photo et enregistrer l'image dans le dossier Elèves.

        2 ) Lecture de l’intensité lumineuse avec le logiciel SalsaJ

• Ouvrir le fichier à analyser avec Fichier/Ouvrir
• Agrandir l'image avec l'outil Zoom dans la barre des tâches en cliquant sur le clic gauche. Pour rétrécir l'image, cliquer sur le clic droit.
• Sélectionner l'outil Déplacer représenté par une main dans la barre des tâches et centrer l'image à l'aide du clic gauche.
• Pour indiquer l'échelle, utiliser l'outil Sélection Rectiligne représenté par un trait dans la barre des tâches. Tracer un trait du début à la fin de la règle avec précision. Puis sélectionner Analyse/Indiquer l'échelle.  Indiquer la valeur en cm dans Distance réelle et cocher la case Global.
• Pour mesurer les variations de l'intensité lumineuse, tracer un trait qui traverse la figure d'interférences, avec l'outil Sélection Rectiligne, puis sélectionner Analyse/Coupe.
• Cliquer sur la fenêtre graphique puis imprimer le graphique obtenu.

1. Que représente la distance entre 2 minima de la courbe ?

2. Déterminer, le plus précisément possible, la valeur de l’interfrange à l'aide du pointeur. Comparer la valeur obtenue graphiquement à celle obtenue par une mesure à la règle sur l'écran.

III ) Étude de l’interfrange

Quels sont les paramètres expérimentaux qui influent sur la valeur de l’interfrange ?

1. Pour chaque hypothèse, proposer un protocole expérimental, le faire valider par le professeur et réaliser l’expérience.

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