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Diffraction et Interférence pour Terminale - Cours PDF et Exercices Corrigés

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Lola

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La diffraction et les interférences sont des phénomènes optiques fondamentaux en physique. La diffraction se produit lorsqu'une onde rencontre un obstacle ou une ouverture de taille comparable à sa longueur d'onde, modifiant sa propagation. Les interférences résultent de la superposition d'ondes cohérentes, créant des motifs d'amplification et d'atténuation. Ces concepts sont essentiels pour comprendre le comportement de la lumière et sont largement utilisés dans diverses applications technologiques.

• La diffraction modifie la direction de propagation d'une onde au passage d'une ouverture
• Les interférences se produisent lorsque deux ondes cohérentes se superposent
• Ces phénomènes créent des figures caractéristiques avec des zones d'intensité variable
• La compréhension de ces concepts est cruciale pour l'optique et de nombreuses technologies modernes

01/11/2022

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Interférences lumineuses et différence de marche

Les interférences lumineuses sont un phénomène optique résultant de la superposition de deux ondes cohérentes. Ce processus crée des motifs d'interférence caractérisés par des zones d'amplification et d'atténuation de l'onde.

Définition: Les "interférences" désignent un phénomène qui intervient lorsque deux ondes périodiques émises par deux sources cohérentes se superposent.

La différence de marche est un concept clé pour comprendre les interférences. Elle représente la différence entre les distances parcourues par deux ondes depuis leurs sources respectives jusqu'au point d'observation.

Vocabulaire: La différence de marche entre deux ondes en un point M est définie comme la différence entre les distances parcourues par les deux ondes : différence de marche = S2M - S1M.

Les interférences peuvent être constructives ou destructives, selon la valeur de la différence de marche :

Interférences constructives : la différence de marche est un multiple entier de la longueur d'onde (δ = kλ, avec k entier)
Interférences destructives : la différence de marche est un multiple impair de la demi-longueur d'onde (δ = (k+1/2)λ, avec k entier)

Highlight: Les franges brillantes correspondent aux interférences constructives, tandis que les franges sombres correspondent aux interférences destructives.

La compréhension de ces concepts est essentielle pour analyser les franges d'interférence et résoudre des exercices sur les interférences constructives et destructives.

$NOTES Diffraction et interférences Téta = lambda / a Écart angulaire • La diffraction est une modification de la direction de la propagation$

Principes fondamentaux de la diffraction

La diffraction est un phénomène optique qui se produit lorsqu'une onde rencontre un obstacle ou une ouverture de taille comparable à sa longueur d'onde. Ce processus modifie la direction de propagation de l'onde, créant une figure de diffraction caractéristique.

Définition: La diffraction est une modification de la direction de la propagation d'une onde au passage d'une ouverture de taille du même ordre de grandeur (ou inférieure) à la longueur d'onde: a ≤ 10 lambda.

L'écart angulaire de diffraction, noté θ, est donné par la formule : θ = λ / a, où λ est la longueur d'onde et a la largeur de la fente. Plus l'ouverture est petite, plus le phénomène de diffraction de la lumière est important.

Highlight: La largeur de la tache centrale de diffraction est donnée par la formule : l = 2λD / a, où D est la distance entre la fente et l'écran.

Pour une diffraction par une ouverture rectangulaire, on utilise l'approximation des petits angles, où tan θ ≈ θ. Cette approximation permet de simplifier les calculs et d'obtenir des expressions plus maniables pour décrire le phénomène.

Exemple: Dans le cas d'une diffraction par une fente circulaire, l'écart angulaire est donné par la formule : θ = 1,22 × λ / a.

Ces formules sont essentielles pour comprendre et prédire le comportement de la lumière lors de la diffraction à l'infini, également connue sous le nom de diffraction de Fraunhofer.

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Figure d'interférences et interfrange

La figure d'interférences est le motif observable résultant de la superposition de deux ondes cohérentes. Elle se caractérise par une alternance de franges brillantes et sombres.

Définition: L'interfrange est la plus petite distance séparant les centres de deux franges brillantes consécutives ou sombres consécutives.

L'expression de l'interfrange est donnée par la formule : i = λD / b, où :

λ est la longueur d'onde
D est la distance entre la source et l'écran
b est la distance séparant les deux fentes

Cette formule est cruciale pour analyser les figures d'interférence et résoudre des problèmes liés aux interférences lumineuses.

Exemple: Dans une expérience d'interférences avec un laser, si λ = 650 nm, D = 2 m, et b = 0,5 mm, l'interfrange serait i = (650×10⁻⁹ × 2) / (0,5×10⁻³) = 2,6 mm.

La différence de chemin optique en un point P d'abscisse xk est donnée par : différence de marche = xk × b / D. Cette formule permet de calculer précisément la position des franges d'interférence sur l'écran.

Highlight: La compréhension de ces formules et concepts est essentielle pour maîtriser les sujets de diffraction et interférence au bac et réussir les exercices corrigés de diffraction et interférences en Terminale.

Ces notions de diffraction et d'interférences sont fondamentales en optique et trouvent de nombreuses applications dans des domaines tels que la spectroscopie, l'holographie, et la conception d'instruments optiques de précision.

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