Agr´ egation interne Suet MP n ◦ 6 : Interf´ erences Bibliographie : • Optique exp´ erimentale, Sextant • Exp´ eriences de physique : Capes de sciences physiques, Duffait, Br´ eal • Exp´ eriences de physique : optique, m´ ecanique, fluides, acoustique, Bellier, Dunod • Montages de physique : optique, m´ ecanique, statique des fluides, calorim´ etrie, Bellier, Bouloy, Gu´ eant, Dunod • Optique : une approche exp´ erimentale, Houard, De Boeck • Les montages `a l’agr´ egation interne de sciences physiques, Dumont, Ellipses • Physique exp´ erimentale : Optique, m´ ecanique des fluides, ondes et themodynamique, Fruchart, Lidon, Thibierge, Champion, Le Diffon, De Boeck Introduction 1 Les fentes d’Young 1.1. Rappels th´ eoriques Thomas Young (1773 Milverton, Somerset - 1829 Londres ) : m´ edecin et physicien anglais. Partisan du mod` ele ondulatoire de la lumi` ere, il fit une exp´ erience d´ ecisive en faveur de cette th´ eorie. Passionn´ e d’´ egyptologie il aida ´ egalement au d´ echiffrage de la Pierre de Rosette. Il r´ ealisa en 1801 une exp´ erience maintenant c´ el` ebre puisqu’elle permit de mettre en ´ evidence le caract` ere ondulatoire de la lumi` ere. Le dispositif consiste ` a´ eclairer ` a l’aide d’une source ponctuelle monochromatique S, un ´ ecran perc´ e de deux trous identiques S 1 et S 2 relativement proches et ´ equidistants de S. Ces deux trous diffractent la lumi` ere et se comportent comme deux sources ponctuelles secondaires vibrant en phase et produisant sur un ´ ecran plac´ e` a la distance D des franges d’interf´ erences. Dans le champ d’interf´ erence, on observe que la lumi` ere se r´ eparti dans un syst` eme de franges alternativement sombres et claires quasi-rectilignes. ce ph´ enom` ene d’interf´ erence disparaˆ ıt lorsque l’on masque l’un des trous. Analyse qualitative Il faut noter que S 1 et S 2 sont dans le mˆ eme ´ etat vibratoire puisqu’ils proviennent du mˆ eme front d’onde en ce sens il y a division du front d’onde. Par cons´ equent, le d´ ephasage en M entre les ondes issues de S 1 et S 2 s’´ ecrit Δφ = 2π λ δ = 2π λ (S 1 M - S 2 M) Les franges brillantes sont telles que Δφ =2pπ c’est-` a-dire S 1 M - S 2 M= pλ. Dans cette relation, p est un entier relatif qui d´ esigne l’ordre d’interf´ erence. p = 0 correspond au plan m´ ediateur de [S1S2] ce qui donne sur l’´ ecran d’observation, une frange rectiligne horizontale. Cette frange a la particularit´ e d’ˆ etre achromatique : en effet, sa position ´ etant ind´ ependante de λ, elle sera blanche si la source est blanche. Pour p = 0, l’ensemble des points M tel que S 1 M - S 2 M= pλ correspond ` a une hyperbolo¨ ıde d’axe de r´ evolution S1S2. Dans le plan (xOz) on observe des branches d’hyperboles et sur l’´ ecran des franges quasi-rectilignes parall` eles et horizontales. On peut noter que ces franges n’existent pas toujours puisque la condition S 1 M - S 2 M= pλ avec p = 0 n’a pas de solution lorsque pλgt; a. C’est pourquoi, si alt; λ, on ne voit que la frange centrale. En pratique, λ ´ etant de l’ordre du μm et a de l’ordre du mm, on observe un grand nombre de. Le nombre donne le nombre de franges brillantes. En pratique le nombre de franges visibles est limit´ e par le champ d’interf´ erence et les ph´ enom` enes d’incoh´ erence. Page 1/4 30 avril 2018