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Conditions d’interférences
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ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE
60 minutes

1
Conditions d’interférences




Deux perturbations à la surface d’un étang produisent des ondes qui se propagent et se rencontrent.

➜ Comment expliquer ce que l’on observe à la surface de l’eau quand deux ondes se croisent ?


Objectifs

  • Établir les conditions, caractériser le phénomène d’interférences et en citer des conséquences.


Doc. 1
Ondes à la surface de l’eau

Les vibrations périodiques d’une pointe S\text{S} à la surface de l’eau d’une cuve à ondes (a) créent des ondes circulaires périodiques se propageant de façon concentrique à la surface de l’eau. L’alternance des crêtes (traits pleins) et des creux (pointillés) de l’onde est représentée ci-dessous (b). L’état vibratoire d’un point de la surface est appelé phase.

Ondes à la surface de l’eau

Doc. 2
Interférences entre deux ondes cohérentes

Deux sources d’ondes vibrant à la même fréquence et avec un déphasage constant sont dites cohérentes. Les ondes produites par deux sources cohérentes se rencontrent et se superposent. L’état d’un point donné dépend de l’état vibratoire de chaque onde en ce point : c’est le phénomène d’interférences à deux ondes. On distingue deux situations remarquables :
  • les ondes sont en opposition de phase, les interférences sont destructives ;
  • les ondes ne sont pas en opposition de phase, les interférences sont constructives avec une situation extrême correspondant au cas où les deux ondes sont à leur extremum d’amplitude.
L’interférence de deux ondes cohérentes est schématisée ci-dessous.

d1d_1 et d2d_2 sont les distances entre un point de la surface et respectivement les sources 1 et 2.
La différence entre ces deux distances est appelée différence de chemin.

Interférences entre deux ondes cohérentes

Doc. 3
Matériel nécessaire

  • Cuve à ondes et vibreur
  • Obstacles en plastique
  • Téléphone portable ou webcam
  • Règle graduée
  • Logiciel de traitement d’image

Compétences

VAL : Exploiter un ensemble de mesures

RAI/ANA : Utiliser et interpréter des documents

Questions

1. Prendre une photographie de l’image produite par deux sources sur le verre dépoli de la cuve à ondes. L’importer dans un logiciel de traitement d’image.


2. Connaissant la distance entre les deux sources, déterminer précisément la longueur λ\lambda des ondes produites.


3. Sur le doc. 2 (⇧), préciser l’état vibratoire des points rouges résultant de la superposition des deux ondes.


4. Pour ces points, exprimer en fonction de λ\lambda les distances d1d_1 et d2d_2, puis la différence de chemin δ=d1d2\delta = d_1 - d_2.


5. Répéter les questions 3. et 4. pour les points jaunes et violets.
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Synthèse de l'activité

Exprimer les relations liant la différence de chemin δ=d1d2\delta = d_1 - d_2 et λ\lambda dans le cas d’interférences constructives et dans le cas d’interférences destructives.
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