TP 1 : Instrumentalisation physique sur les ondes lumineuses

TEBBANI ABDSALAM

VALLON HUGO        Enseignent lors du TP : Mr CUESTA

MALBRANCHE JENNYFER

TP réalisé le : 23/09/2021

TP 1 : Instrumentalisation physique sur les ondes lumineuses

I-        Introduction :

Une onde est une vibration qui se propage en transportant de l’énergie dans un milieu donné . En effet lors de ce TP nous étudierons les ondes lumineuses .

Une onde lumineuse est une onde électromagnétique qui se propage sans milieu matériel , contrairement aux ondes sonores . Une onde électromagnétique est un ensemble de particules, appelées photons , qui circulent pour former des ondes sous forme d’énergie .

A travers ce TP, nous étudierons les différentes lois élémentaires et fondamentales de la diffraction ,via l’expérience des fentes d’Young ,puis nous nous intéresserons aux propriétés des ondes lumineuses en les étudiant de manières qualitatives puis quantitatives . Enfin, nous ferons une analyse spectrale de la lumière a l’aide du matériel mit à notre disposition .

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II- Matériel et méthodes :

A- Étude de la diffraction

La diffraction correspond à la déviation de la lumière lorsqu’elle rencontre un obstacle .

a-Étude qualitative de la diffraction par une fente réglable

Ici nous étudierons les figures de diffraction à l’aide d’une fente, d’une source lumineuse monochromatique (laser rouge ) , et d’un écran .

[pic 1]

Le montage pour réaliser ce dispositif est composé :

• D’une source lumineuse monochromatique : ici ce sera un laser rouge

• D’une fente réglable

• Un écran

Tout d’abord, en réalisant ce montage nous pouvons observer sur l’écran une tache centrale ainsi que plusieurs autres taches disposées de part et d’autre de cette tache centrale sur un même axe . On remarque que ces taches sont perpendiculaires à la fente réglable .

Ce qui nous intéressera ici , sera d’observer les différents résultats sur l’écran lorsque nous modifions la largeur de la fente (a),puis lorsque nous varions la distance (L) entre la fente et l’écran ,et enfin lorsque nous faisons tourner la fente .

1)Quand nous modifions la largeur de la fente (a) nous observons que :

-plus la largeur de la fente diminue , plus les taches s’éloignent .

Alors que

-plus la largeur de la fente augmente , plus les taches se rapprochent .

2) Quand nous modifions la distance fente-écran (L) nous observons que :

-plus on augmente la distance fente-écran ,plus la tache s’élargit .

Alors que

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-plus on diminue la distance fente-écran , plus la tache rétrécit .

3) quand nous faisons tourner la fente nous observons que :

-Les taches restent toujours perpendiculaire à la fente .

b- Expériences des fentes d’Young

Le montage pour réaliser cette expérience est :

• Une source lumineuse monochromatique : ici ce sera un laser rouge

• Une fente d’Young ,c’est-à-dire deux fentes de largeur variable espacées de 0,3 mm

• Un écran

[pic 2]

En réalisant cette expérience , on observe sur l’écran une alternance de franges dites brillantes et des franges dites sombres.

[pic 3]

Le phénomène alors observé est celui de l’interférence . En effet nous avons des interférences des deux figures de diffraction :

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-Les interférences dites destructives sont celle correspondant aux franges sombres car les faisceaux lumineux sont en opposition de phases .

-Les interférences dites constructives sont celle correspondant aux franges brillantes car les faisceaux lumineux se superposent , et sont donc en phase.

c-Étude quantitative de la diffraction avec un capteur CCD et un ordinateur :

détermination de la longueur d’onde du laser.

Le montage afin d’étudier de manière quantitative la diffraction est constitué de :

-un laser rouge

-une fente d’une largeur (a) de 0.2 mm

-une caméra qui remplacera l’écran

• un logiciel ,Caliens qui nous permettra d’observer la figure de diffraction obtenue.

Apres avoir obtenu notre figure de diffraction , nous remplaçons l’écran par une caméra dotée d’un capteur CCD(charge coupled device) reliée a un ordinateur muni du logiciel Caliens .

La distance fente-caméra (L) est de 66cm

[pic 4]

Graphique représentant l’intensité lumineuse du laser en fonction de la direction de la lumière après la fente

Sur ce graphique nous pouvant observer une bande centrale faisant référence a la tache centrale ainsi que des bandes secondaires faisant référence aux taches latérales . La courbe centrale parait aplatie ,en effet cela est due a la saturation des ondes lumineuse par la caméra.

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