Cours Interférences et diffraction physique terminale

« Chapitre 18: Interférences et diffraction I.

Généralités sur les Ondes Progressives Périodiques 1) Définitions Une onde est la propagation d'une perturbation sans transport de matière, mais avec un transport d'énergie. Onde progressive : L'onde se propage de proche en proche. Onde périodique : L'onde se répète à intervalles de temps réguliers (le plus petit intervalle de temps s’appelle la période (temporelle) et est notée T). 2) Caractéristiques des ondes périodiques : L'amplitude s de l’onde progressive périodique peut alors être décrite par une fonction mathématique dont les variables sont le temps t, une coordonnée x et la célérité c : s(x,t)=f(t±x/c) Pour certaines ondes progressives, les variations de s(x,t) sont régulières dans le temps et l'espace.

Pour les décrire, on utilise le modèle des ondes progressives sinusoïdales. Elles peuvent être mathématiquement décrites par une fonction sinusoïdale : A : amplitude maximale de l'onde T : période temporelle de l'onde (s) c : célérité de l'onde (m·s-1) φ : phase à l'origine de l'onde (rad) II.

Double Périodicité des Ondes Progressives Périodiques 1) Notion de périodicité temporelle (T) La périodicité temporelle, caractérisée par la période T (en s), représente la plus petite durée pour que le motif se répète à l’identique (même phase) 1 1 f : fréquence en Hz f= T= T f T : période en s 2) Périodicité spatiale (Longueur d'onde, λ) La longueur d’onde λ (en m) est la plus petite distance séparant deux points en phase. λ:m c λ c : célérité en m/s c= ν= λ =c⋅T T λ ν = f : fréquence en Hz III.

Diffraction 1) Définition de la Diffraction La diffraction est une propriété ondulatoire qui concerne toutes les ondes (électromagnétiques, mécaniques…) C’est l’étalement des directions de propagation d'une onde lorsqu'elle rencontre un obstacle. Ce phénomène se produit lorsque la taille de l’ouverture (a) est de l'ordre de la longueur d'onde λ. a < λ ou a = λ (sauf s’il s’agit d’une onde lumineuse, où c’est moins restrictif) Principe d’Huyens-Fresnel L'onde diffractée par une ouverture ou un obstacle est la superposition d'ondelettes secondaires émises en chacun des points de l'ouverture (ou de l'obstacle). Ces ondelettes possèdent la même fréquence que l'onde initiale et sont en phase (voir interférences) 2) Écart angulaire θ (ou angle de diffraction) L’écart angulaire de diffraction θ est l’angle entre la direction de propagation de l’onde en l’absence de diffraction et la direction définie par le milieu de la première extinction. Pour une onde lumineuse monochromatique diffractée par une fente de largeur a (ou un fil de diamètre a), on a : θ=λ θ en radians, avec λ et a en mètres a 3) Diffraction de Fraunhofer La diffraction de Fraunhofer est l'observation de la figure de diffraction d'ondes lumineuses à une distance D grande par rapport aux dimensions de l'ouverture ou de l'obstacle diffractant a (D≫a). Dans ce cas, l’écart angulaire est suffisamment petit pour utiliser l’approximation de la tangente des petits angles. θ= L= L 2D 2Dλ a θ : angle de diffraction (en rad) L : largeur de la tache centrale (en m).... »