Interferences et lumiere
De la double fente aux applications
Objectifs Bac
- *Comprendre le phenomene d'interference lumineuse
- *Maitriser l'experience des fentes d'Young
- *Calculer l'interfrange et la longueur d'onde
- *Connaitre les applications des interferences
Les interferences lumineuses, observees pour la premiere fois par Young en 1801, demontrent la nature ondulatoire de la lumiere. Ce phenomene a des applications majeures : interferometrie, traitement antireflet, holographie. Ce chapitre approfondit l'etude des interferences.
1F4DALecon approfondie
1. L'experience de Young
Young eclaire deux fentes fines et paralleles avec une source monochromatique. Sur un ecran place derriere, on observe des franges alternativement brillantes et sombres : ce sont des franges d'interference. Ce resultat s'explique par la superposition des ondes issues des deux fentes. Les fentes se comportent comme deux sources coherentes.
2. Conditions d'interference
Pour observer des interferences stables, les sources doivent etre coherentes : meme frequence, dephasage constant. Une source unique divisee (fentes d'Young, miroirs de Lloyd) garantit la coherence. La difference de marche delta = d2 - d1 entre les deux trajets determine le type d'interference. Franges brillantes : delta = k*lambda. Franges sombres : delta = (k+1/2)*lambda.
3. Interfrange et calculs
L'interfrange i est la distance entre deux franges brillantes consecutives. Pour des fentes espacees de a, a distance D de l'ecran : i = lambda*D/a. Cette formule permet de mesurer lambda connaissant i, D et a. Plus les fentes sont proches (a petit), plus l'interfrange est grand. Plus l'ecran est loin (D grand), plus les franges sont espacees.
4. Applications des interferences
L'interferometrie permet des mesures de precision (longueurs, indices de refraction). Le traitement antireflet des verres utilise des interferences destructives. L'holographie stocke l'information de relief par interferences. Les capteurs a fibre optique detectent des deformations par variation d'interference. Les interferometres gravitationnels (LIGO) detectent les ondes gravitationnelles.
5. Diffraction et interferences combinees
En realite, les franges d'interference sont modulees par une figure de diffraction due a la largeur finie des fentes. L'enveloppe de diffraction (largeur environ lambda/b, ou b est la largeur d'une fente) limite l'extension des franges d'interference. La figure observee resulte de la combinaison des deux phenomenes.
1F4D0Formules essentielles
Difference de marche
x = position sur l'ecran
Frange brillante
k entier (0, 1, 2...)
Frange sombre
k entier
Interfrange
D = distance ecran, a = ecart fentes
Position frange brillante
k = ordre de la frange
Largeur figure diffraction
b = largeur fente
1F4DDVocabulaire essentiel
2705Exemples resolus
Calcul de l'interfrange
Determiner la longueur d'onde
1F4DDExercices type Bac
Exploitation d'une figure d'interference
Conseils de methode :
- 1Mesurer l'interfrange sur la figure
- 2Utiliser les donnees experimentales
- 3Calculer la longueur d'onde
- 4Identifier la couleur de la lumiere
Interferometre de Michelson
Conseils de methode :
- 1Comprendre le schema du dispositif
- 2Identifier les trajets optiques
- 3Calculer la difference de marche
- 4Exploiter le defilement des franges
Synthese
Les interferences lumineuses demontrent la nature ondulatoire de la lumiere. L'experience de Young avec deux fentes produit des franges brillantes et sombres. L'interfrange i = lambda*D/a permet de mesurer la longueur d'onde. Les applications des interferences sont nombreuses : metrologie, antireflet, holographie, detection d'ondes gravitationnelles.
