Interférences

Les interférences se produisent lorsque deux ondes se superposent en un point de l'espace.

Définition: Il y a interférence en un point de l'espace si deux ondes s'y superposent : les amplitudes des deux ondes s'additionnent.

Pour obtenir des interférences stables, les ondes doivent avoir la même fréquence et un déphasage constant.

La figure d'interférence observée sur un écran est formée d'une alternance de franges sombres et lumineuses qui s'insèrent dans la figure de diffraction.

Interférences constructives

Les interférences sont constructives lorsque la superposition des ondes produit une amplitude totale maximale.

Formule: La condition d'interférence constructive est donnée par : δ = pλ, où δ est la différence de marche et p un entier relatif.

Pour deux ondes lumineuses monochromatiques, les interférences constructives correspondent à une intensité lumineuse maximale.

Interférences destructives

Les interférences sont destructives lorsque la superposition des ondes produit une amplitude totale minimale ou nulle.

Formule: La condition d'interférence destructive est donnée par : δ = $2p+1$λ/2, où p est un entier relatif.

Pour deux ondes lumineuses monochromatiques, les interférences destructives correspondent à une intensité lumineuse minimale, voire nulle.

Vocabulaire: La différence de marche δ est l'écart entre les trajets optiques des deux ondes qui interfèrent.

L'interfrange, qui sépare deux franges brillantes ou sombres consécutives, est donné par la formule : i = λD/a, où D est la distance entre les sources et l'écran, et a la distance entre les sources.

Highlight: Les ondes qui interfèrent doivent être cohérentes, ce qui est généralement obtenu en divisant une onde unique en deux faisceaux.

Couleurs interférentielles

Dans certains dispositifs, comme les lames d'air, on peut observer des couleurs dues aux interférences. L'interfrange étant lié à l'angle d'incidence et à la longueur d'onde, la variation de l'angle d'observation modifie la position des franges et donc les couleurs perçues.

Exemple: Les couleurs interférentielles sont observables dans les bulles de savon ou sur les CD, où il y a superposition des figures d'interférence pour chaque longueur d'onde.

Diffraction

La diffraction est un phénomène qui affecte toutes les ondes électromagnétiques et mécaniques. Elle se produit lorsqu'une onde rencontre un obstacle ou une ouverture de dimension comparable ou inférieure à sa longueur d'onde.

Définition: Le phénomène de diffraction se manifeste par un étalement des directions de propagation de l'onde, sans modification de sa fréquence ou de sa longueur d'onde.

Pour les ondes lumineuses, la diffraction est observable pour des obstacles de l'ordre du micromètre.

Diffraction d'une lumière monochromatique

Une lumière monochromatique est constituée de rayons ayant tous la même longueur d'onde. Lors de la diffraction, la direction de propagation de l'onde est modifiée, créant un écart angulaire maximum θ par rapport à la direction initiale.

Formule: La relation entre l'angle θ, l'ouverture a et la longueur d'onde λ est donnée par : θ = λ/a (avec θ en radians, λ et a en mm)

Diffraction d'une lumière polychromatique

Une lumière polychromatique contient au moins deux longueurs d'onde différentes. La lumière blanche, par exemple, contient toutes les longueurs d'onde du visible.

Exemple: Lors de la diffraction de la lumière blanche, on observe une tache centrale blanche entourée d'irisations, due à la superposition des figures de diffraction de chaque longueur d'onde.