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Interférences d’ondes lumineuses
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ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE
60 minutes

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Interférences d’ondes lumineuses




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.

Expérience de Thomas Young

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 est suffisamment grand et suffisamment petit :

 : différence de chemin optique (m)
 : distance séparant le centre des deux fentes (m)
 : position du point (m)
 : distance entre les fentes et l’écran (m)


Différence de chemin optique

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 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 du point , centre de la première frange brillante, en fonction de , et . Même question concernant la position du point , centre de la deuxième frange brillante.


3. En déduire l’expression de la distance séparant et , appelée interfrange .


4. Réaliser le montage en utilisant un seul laser éclairant les deux fentes et en prenant une distance minimale de m. Mesurer l’interfrange et calculer .


5. En considérant l’incertitude fournie par le constructeur, et les incertitudes et correspondant aux écarts entre deux graduations, en déduire l’incertitude  :

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Synthèse de l'activité

Reprendre l’expérience avec un laser devant chaque fente. Interpréter l’observation.
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