PROPRIETES

DES

ONDES

I. La diffraction

1. Définition

Animation sur la diffraction dans une cuve à ondes

Lorsqu’une onde rencontre un obstacle de petite dimension, sa direction de propagation est modifiée : c’est le phénomène de diffraction.

La diffraction est un phénomène caractéristique des ondes.

Le phénomène de diffraction dépend de la longueur d’onde λ de l’onde incidente et de la dimension « a » de l’obstacle. Il est d’autant plus marqué que « a » est voisin ou inférieur à λ

a ≈ λ (voire inférieur)=> Diffraction

a > λ=> Pas de diffraction

aa

2. Influence de λ et de la dimension de l’obstacle

La diffraction étant caractéristique des ondes, cette expérience montre le caractère ondulatoire de la lumière.

Expérience : laser + fente

3. Cas de la lumière

On observe sur l’écran une série de taches. La tache centrale est beaucoup plus lumineuse que les taches secondaires et elle est deux fois plus large.

La direction de propagation de la lumière a été modifiée, c’est un phénomène de diffraction. La figure obtenue sur l’écran est appelée figure de diffraction.

L’écart angulaire de diffraction noté Ɵ est l’angle entre la direction de propagation de l’onde non diffractée et la direction définie par la première extinction.

L

L

Intensité lumineuse :

La tache centrale est beaucoup plus lumineuse que les taches secondaires.

Remarque :

La figure de diffraction est toujours perpendiculaire à la fente où à l’obstacle qui provoque la diffraction :

Diffraction par : une fente verticale un trou circulaire un trou carré

En lumière polychromatique, chaque longueur d’onde λ donne sa propre figure de diffraction :la superposition de ces figures conduit à l’observation de zones colorées ou irisations.

Cas de la lumière blanche (polychromatique) :

Donc plus la longueur d’onde est grande, plus l’écart angulaire θ est grand et plus la largeur L de la tache centrale est grande.

Le phénomène de diffraction peut s’observer aussi bien avec des ondes électromagnétiques (lumière, ondes radio, etc. ) qu’avec des ondes mécaniques (vagues, ondes, etc.). C’est d’ailleurs l’observation de la diffraction de la lumière acontribue a la validation du modèle ondulatoire de la lumière.

4. La diffraction dans diverses situations

Sur un support numérique à lecture optique, la capacité de stockage est limitée par le phénomène de diffraction :

L’augmentation de cette capacité nécessite des pistes plus serrées (a diminue). Pour limiter la diffraction, il est nécessaire d’utiliser un rayonnement de plus petitelongueur d’onde : on est ainsi passe d’un faisceau rouge (DVD) à un faisceau bleu(Blue-Ray).

Les réseaux de diffraction permettent l’obtention de figures de diffraction particulières, les spectres. L’analyse des spectres donne accès à de très nombreuses informations, notammenten astrophysique. Ci-dessous, le spectre du Soleil (simplifié).