Interférences lumineuses : modèle ondulatoire et fentes d'Young
Les interférences résultent de la superposition de deux ondes lumineuses cohérentes de même fréquence. Si leurs chemins diffèrent de , elles s'ajoutent (interférences constructives), créant une zone brillante. Si , elles s'annulent (interférences destructives), créant une zone sombre. Ce phénomène dépend de la longueur d'onde , de la distance à l'écran et de l'écart entre les sources. La distance entre deux franges brillantes est l'interfrange . C'est une preuve fondamentale du caractère ondulatoire de la lumière.
Le résumé
Comprendre le cours
Les interférences résultent de la superposition de deux ondes lumineuses cohérentes de même fréquence. Si leurs chemins diffèrent de , elles s'ajoutent (interférences constructives), créant une zone brillante. Si , elles s'annulent (interférences destructives), créant une zone sombre. Ce phénomène dépend de la longueur d'onde , de la distance à l'écran et de l'écart entre les sources. La distance entre deux franges brillantes est l'interfrange . C'est une preuve fondamentale du caractère ondulatoire de la lumière.
Avant de commencer
Prérequis
Connaître la définition d'une onde périodique.
Maîtriser les grandeurs (longueur d'onde), (période) et (fréquence).
Comprendre le phénomène de diffraction.
Le plan
Structure du cours
- 1
Introduction aux ondes lumineuses
Nature ondulatoire de la lumièreModèle du rayon lumineuxLa lumière est une onde électromagnétique.
La double nature (particulaire/ondulatoire) est simplifiée en première par le modèle ondulatoire.
Phénomène de diffraction et d'interférences comme preuves du caractère ondulatoire.
- 2
Le phénomène d'interférences
Superposition d'ondesInterférences constructives et destructivesInterférences : rencontre de deux ondes cohérentes.
Condition d'interférence constructive : différence de marche .
Condition d'interférence destructive : différence de marche .
À retenir
Notions clés
Différence de marche
À mémoriserLa différence de chemin parcouru par deux ondes arrivant en un point M, notée .
Dans l'expérience des fentes d'Young, .
Interférences constructives
À mémoriserZone où les deux ondes sont en phase, l'amplitude est maximale.
Taches lumineuses sur l'écran.
Interférences destructives
À mémoriserZone où les deux ondes sont en opposition de phase, l'amplitude est nulle.
Zones sombres sur l'écran.
En pratique
Exemple résolu
Étude des franges d'interférences avec deux sources et distantes de séparées par une distance d'un écran.
- 1
Étape 1 : Calculer la différence de marche en un point M d'abscisse x : .
- 2
Étape 2 : Appliquer la condition d'interférence constructive : .
- 3
Résultat : L'interfrange (distance entre deux franges brillantes) est donnée par .
Mémoriser plus vite
Astuces & analogies
Interférences constructives vs destructives
Imaginez deux vagues dans l'eau : deux crêtes qui se rencontrent forment une super-crête (constructive), une crête et un creux se neutralisent (destructive).
Formule de l'interfrange $$ i = \frac{\lambda \cdot D}{a} $$
Pensez à : l'interfrange est proportionnelle à la longueur d'onde et au recul de l'écran , mais inversement proportionnelle à l'écartement des fentes .
Ne plus se tromper
Erreurs fréquentes
Confondre la diffraction avec les interférences.
La diffraction est le comportement d'une onde face à une ouverture unique, tandis que les interférences nécessitent la superposition de plusieurs ondes issues de sources cohérentes.
Oublier la condition de cohérence.
Pour observer des interférences stables, les sources doivent avoir la même fréquence et une phase relative constante (sources cohérentes).
Se tester
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