D’Isaac Newton à Christian Huygens, les scientifiques du XVIIe siècle ont débattu sur la nature de la lumière. L’expérience historique de Thomas Young au XIXe siècle a permis de mettre en évidence sa caractéristique ondulatoire.
➜ Quelle condition est nécessaire pour l’obtention de figures d’interférences ?
Objectifs
Prévoir les lieux d’interférences dans le cas des trous d’Young, établir et exploiter l’expression de l’interfrange.
Doc. 1
Expérience de Thomas Young (1801)
L’expérience est reproductible grâce aux sources lumineuses laser. Le principe est le suivant : une onde monochromatique traverse une plaque percée de deux fentes. Lorsque les fentes sont fines, l’image observée sur l’écran est différente de l’image prédite par l’optique géométrique, à savoir deux fentes.
Doc. 2
Différence de chemin optique
Les deux fentes se comportent commes des sources secondaires cohérentes dont les ondes lumineuses peuvent interférer. Les zones sombres correspondent à des interférences destructives, les zones brillantes à des interférences constructives : on parle de franges d’interférences. L’intensité lumineuse pour un point donné de l’écran dépend de la différence entre les chemins optiques empruntés par chaque onde lumineuse.
Si D est suffisamment grand et θ suffisamment petit :
δ=S1P−S2P=Da⋅x
δ : différence de chemin optique (m)
a : distance séparant le centre des deux fentes (m)
x : position du point P (m)
D : distance entre les fentes et l’écran (m)
Doc. 3
Matériel nécessaire
Deux lasers identiques
Fentes d’Young
Écran
Double décimètre
Banc d’optique avec supports
Compétences
✔REA : Effectuer des mesures avec des capteurs
✔REA : Respecter les règles de sécurité
Questions
1. Préciser les valeurs de la différence de chemin optique δ pour lesquelles les interférences sont constructives. Même question concernant les interférences destructives.
2. D’après le schéma du doc. 2(⇧), déterminer l’expression de la position x1 du point P1, centre de la première frange brillante, en fonction de a, D et λ. Même question concernant la position x2 du point P2, centre de la deuxième frange brillante.
3. En déduire l’expression de la distance séparant P1 et P2, appelée interfrange i.
4. Réaliser le montage en utilisant un seul laser éclairant les deux fentes et en prenant une distance D minimale de 1,50 m. Mesurer l’interfrange i et calculer λ.
5. En considérant l’incertitude u(a) fournie par le constructeur, et les incertitudes u(D) et u(i) correspondant aux écarts entre deux graduations, en déduire l’incertitude u(λ) :
λu(λ)=(iu(i))2+(au(a))2+(Du(D))2
Synthèse de l'activité
Reprendre l’expérience avec un laser devant chaque fente. Interpréter l’observation.
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