Ch4 Diffraction.

TSL
Partie A : observer...
2012/2013
chapitre 4 : Diffraction des ondes.
Objectifs : II- Propriétés des ondes...
Savoir que l'importance du phénomène de diffraction est liée au rapport de la longueur d'onde aux
dimensions de l'ouverture ou de l'obstacle.
Connaitre et exploiter la relation téta = lambda/a
Identifier les situations physiques où il est pertinent de prendre en compte le phénomène de
diffraction.
Pratiquer une démarche expérimentale visant à étudier ou utiliser le phénomène de diffraction dans le
cas des ondes lumineuses.
Activité expérimentale : Diffraction de la lumière par un fil.
Mots clés : diffraction, première extinction, tache centrale de diffraction, figure de diffraction
perpendiculaire à l'objet diffractant, proportionnalité.
Intérêt : L'objectif de cette activité est d'étudier l'influence de la dimension de l'objet diffractant sur la
figure de diffraction.
Conclusion : On montre expérimentalement qu'il existe une relation de "proportionnalité inverse" entre
la largeur de la tache de diffraction et la dimension de l'objet diffractant. De même, on peut noter
l'influence de la longueur d'onde de la source lumineuse sur la figure de diffraction.
1/ Observer et exploiter...
• Lorsque le diamètre a augmente, la largeur de la tache centrale L diminue. On peut dire que a est
inversement proportionnel à L.
• Si on représente graphiquement L en fonction de 1/a, on obtient une droite croissante passant par
l'origine pour laquelle k est le coefficient directeur de la droite.
2/ Interpréter...
• Sachant que l'on peut écrire L = f(1/a) = 2."lambda".D / a ; on a donc
k = 2."lambda".D
"lambda" = k / (2.D)
"lambda" = 5,67.10-7 m.
• La longueur d'onde constructeur est de 650 nm soit 6,5.10-7 m. l'écart relatif est donc : (6,5 5,67) / 6,5 = 0,13 soit de 13% ce qui est tout à fait acceptable.
3/ Conclure...
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• Protocole pour mesurer le diamètre inconnu a' d'un fil:
Après avoir réaliser une courbe d'étalonnage, (c'est-à-dire avoir mesurer la largeur de la
tache de diffraction en fonction du diamètre de fils connus), on remplace les fils de
diamètre connu par le fil de diamètre inconnu sans toucher à aucun autre paramètre.
On reporte la valeur de la largeur de la tache de diffraction obtenue sur la droite
d'étalonnage et on lit la valeur de 1/a' en abscisse.
Cours...
1/ La diffraction...
1.1. Définition:
• L'éparpillement de la lumière qui se produit quand on essaye de réduire la largeur du
faisceau est la manifestation d'un phénomène qui caractérise les ondes : la diffraction.
• La diffraction de la lumière est la modification du trajet d'une onde lumineuse
lorsqu'elle passe par une petite ouverture ou autour d'un petit obstacle.
• Dans un phénomène de diffraction, il y a conservation de la fréquence de l'onde,
caractéristique de la source émettrice, de même que la célérité de l'onde s'il n'y a pas de
changement de milieu de propagation de part et d'autre de l'obstacle ainsi que la
longueur d'onde ("lambda" = v/f). Par contre la forme de l'onde change : une onde
plane se transforme en onde circulaire.
1.2. Conditions d'observation:
• Pour toutes les ondes, la diffraction est nettement observée lorsque la dimension de
l'ouverture ou de l'obstacle est du même ordre de grandeur, ou inférieure à la longueur
d'onde.
1.3. L'écart angulaire de diffraction:
• L'expérience montre que plus la largeur a de l'ouverture ou de l'obstacle est petite , plus
le phénomène de diffraction s'accentue. Pour une même ouverture, la diffraction est
d'autant plus importante que la longueur d'onde "lambda" est grande.
• Le phénomène de diffraction est d'autant plus important que le rapport "lambda" / a est
grand.
• On notera aussi que la figure de diffraction est perpendiculaire à la fente (ou au fil).
2/ Diffraction des ondes lumineuses par une fente...
2.1. Cas d'une lumière monochromatique:
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• Dans le cas des ondes lumineuses, le critère d'observation est moins restrictif : le
phénomène est encore bien apparent avec des ouverture ou des obstacles de dimensions
jusqu'à 100 fois plus grandes que la longueur d'onde (en ordre de grandeur).
• Pour une lumière monochromatique de longueur d'onde "lambda", on admettra que
dans le cas de la diffraction par une fente ou un fil, le demi-angle de diffraction "téta",
exprimé en radians, est donné par :
"téta" = "lambda" / a
• Dans l'approximation des petits angles, cette relation conduit à :
"téta" = "lambda" / a = l / (2.D)
• La diffraction limite le pouvoir de résolution des lunettes et des télescopes. L'image
d'une étoile ponctuelle n'est pas un point mais une image entourée d'une tache de
diffraction.
2.2. Cas de la lumière blanche:
• Dans le cas de la diffraction de la lumière blanche par une fente, la figure de
diffraction présente une tache centrale blanche (superposition de toutes les lumières
colorées visibles) et des taches latérales irisées.
Exercices...
Exercice 18 : Courbes d'intensité...
Exercice 19 : Informations sur une notice...
Exercice 20 : Diffraction par une fente...
Exercice 22 : Une ouverture circulaire...
Exercice 25 : La houle...
Exercice 26 : En lumière blanche...
Exercice 29 : Critère de Rayleigh...
Chapitre 4
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