II. Interférences

1. Mise en évidence expérimentale

Sources synchrones :même fréquence et vibrent en phase à tout instant

Les ondes émises par chaque source se superposent, on dit qu’elles interfèrent.

Avec les ondes lumineuses

On envoie un rayon laser à travers une fente de petite dimension

(largeur a) : on observe une figure de diffraction

On envoie un rayon laser à travers deux fentes de largeur a séparées

par une distance b (fentes d’Young) : on observe une figure de diffraction striée d’une alternance de bandes noires et lumineuses : ce sont des

franges d’interférences

Définition :

Il y a interférence en tout point d’un milieu où deux ondes de même fréquence ( synchrones) se superposent.

Observons le croisement de deux ondes a la surface de l’eau :L’amplitude au point P de la surface est égale à la sommedes amplitudes de chacune des ondes incidentes en ce point. Les ondes se croisent sans être perturbées.

2. Interprétation

Interférences constructives Interférences destructives

Interférences constructives

Interférences destructives

3. Différence de marche

On définit : δ = d2 – d1, la différence de marche entre les 2 ondes

Soit b la distance séparant S1 et S2 , et D la distance séparant le plan S1 S2 du plan P (écran) sur lequel on observe les franges.

Dans le triangle S1S2H : sin θ = S2H / S1S2 = δ / b

Dans le triangle MOP : tan θ = OP / OM = y / D

L’angle θ est très faible car D >> bDans ce cas, sin θ ≈ tan θ ; on en déduit : δ = by/D

L’onde passant par S1 parcours la distance d1 pour aller sur le point P de l’écran.L’onde passant par S2 parcours la distance d2 pour aller sur le point P de l’écran.

Si : δ = k λ , il y a interférences constructives et on observe des franges brillantes

Si : δ = (k + 1/2) λ, il y a interférences destructives et on observe des franges sombres

En effet :

Si l’onde B se décale d’un multiple entier de λ par rapport à l’onde A, alors les deux ondes seront toujours en phase au point P, les interférences seront constructives

En S1 et S2, les ondes A et B sont en phase (sources synchrones)

Si l’onde B se décale d’un multiple entier de λ + la moitié de λ par rapport à l’onde A, alors les deux ondes seront en opposition de phase au point P, les interférences seront destructives

Lors d’interférences lumineuses, l’interfrange i estla distance séparant deux franges brillantes ou deuxfranges sombres consécutives.

4. Interfrange

5. Ondes polychromatiques -couleurs interférentielles – cas de la lumière blanche

Couleur interférentielle des colibris

Si la source émet de la lumière blanche, seules quelques franges colorées sont observées au centre de la figure d’interférences : ce sont les couleurs interférentielles.

En effet, la source émet plusieurs radiations de longueurs d’onde différentes, correspondant a des figures d’interférences différentes, qui se superposent : les couleurs sont alors mélangées car les franges de différentes couleurs se brouillent.

Bulles et lames de savon :

La figure d'interférences dépend de la longueur d'onde de la lumière incidente. Si la source de lumière est polychromatique, il y a superposition des franges correspondant aux différentes radiations. On observe alors l'apparition de couleurs interférentielles.