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On
observe dans l'air un phénomène de diffraction avec un laser He-Ne
émettant une lumière monochromatique rouge de longueur d'onde l = 0,633 µm. On donne c = 3 108 m/s. Sur la figure ci-dessous, seule la tache centrale est représentée.
Peut-on dire que la lumière est une onde mécanique progressive ? Justifier.
Une
onde mécanique ne se propage pas dans le vide ; la lumière est une onde
électromagnétique capable de se propager dans le vide.
Le
phénomène de diffraction existe-t-il dans d'autres domaines que celui
de la lumière ?Si oui donner un exemple ou si non, préciser pourquoi.
Le
phénomène de diffraction se produit avec toutes les ondes dans la
mesure ou la fente ( ou l'obstacle ) possède les dimensions du même
ordre de grandeur que la longueur d'onde.
Diffraction des ondes sonores par une porte ou une fenètre ; diffraction de la houle à l'entrée d'un port.
Recopier
l'axe de longueur d'onde ci-dessous et placer les limites des longueur
d'onde dans le vide du spectre visible et les couleurs correspondantes
puis situer les rayonnements UV et IR.
400 nm : limite entre les UV et le visible ( couleur violette).
800 nm : limite entre les IR et le visible ( couleur rouge ).
Calculer la fréquence de l'onde électromagnétique.
f = c / l = 3 108 / 0,633 10-6 =4,7 1014 Hz.
Décrire qualitativement ce que l'on observe sur l'écran.
Une
tache centrale brillante et de part et d'autre une alternance de tache
noire et de tache moins brillante que la tache centrale.
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Pourrait-on
observer ce phénomène si on remplaçait le laser par une source de
lumière blanche munie d'un flitre rouge ? Justifier.
Ce
phénomène peut être observé dans le cas d'une lumière polychromatique (
lumière blanche + filtre rouge ) : le phénomène de diffraction ne
dépend pas de la fréquence de l'onde.
Qu'observerait-on avec le laser si on remplaçait la fente par un trou circulaire de diamètre a.
Qu'observerait-on avec le laser si on remplaçait la fente par un trou carré de côté a.
Quelle est l'influence de la distance L entre le laser et la fente sur le phénomène de diffraction ?
La figure de diffraction ne change pas ; les taches seront moins brillantes si le laser est éloigné de la fente.
Quelle observation peut-on faire quand la largeur de la fente diminue ?
Donner la relation entre l'écart angulaire q, la longueur d'onde l et la largeur de la fente a.
En déduire l'expression de la largeur de la fente en fonction des données.
tan q = ½L/D voisin de
q radian pour les angles
petits.
d'autre part q
= l/a.
avec : l longueur d'onde (m)
et a : diamètre du fil (m)
en tenant compte des deux relations ci-dessus :
½L/D=l/a soit
a=2lD/L
ou L = 2l
D/a.
Si la largeur de la fente "a" diminue, l et D étant constants, la largeur de la tache centrale augmente.
Application numérique :
Calculer "a" si D = 250 cm et d = L=24 mm.
a = 2 l D / L = 0,633 10-6 *2 *0,250 / 0,024 = 1,3 10-5 m.
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