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La diffraction et les interférences sont des phénomènes ondulatoires fondamentaux en physique. Ce document explore leurs caractéristiques, formules et applications, en mettant l'accent sur les ondes sonores et lumineuses. Il couvre l'atténuation sonore, les conditions d'observation de la diffraction et des interférences, ainsi que les interférences constructives et destructives.
19/03/2023
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L'intensité sonore (I) représente l'énergie transportée par l'onde par unité de temps et de surface, mesurée en W/m². Le niveau d'intensité sonore (L) est exprimé en décibels (dB) et correspond mieux à la perception de l'oreille humaine.
Formule: L = 10 log(I/I₀), où I₀ = 10⁻¹² W/m² est l'intensité sonore de référence
L'atténuation sonore peut être de deux types :
Highlight: Pour calculer l'atténuation totale, on additionne les atténuations géométrique et par absorption : ΔL = ΔL_geo + ΔL_abs
La diffraction d'une onde se produit lorsqu'une onde rencontre un obstacle ou une ouverture de dimension comparable à sa longueur d'onde. Ce phénomène est commun aux ondes mécaniques et électromagnétiques.
Exemple: Un faisceau laser traversant une fente étroite s'éparpille et alterne entre zones claires et obscures sur un écran.
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L'angle caractéristique de la diffraction (θ) dépend de la longueur d'onde (λ) et de la dimension de l'ouverture (a).
Formule: θ ≈ λ/a (en radians)
Pour mesurer cet angle, on utilise un triangle rectangle formé par la tache centrale de diffraction sur l'écran.
Formule: θ = L/(2D), où L est la largeur de la tache centrale et D la distance entre l'ouverture et l'écran
La diffraction est plus marquée lorsque la dimension de l'ouverture est proche de la longueur d'onde de l'onde incidente.
Vocabulary: Figure de diffraction - motif observé sur un écran résultant de la diffraction d'une onde
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Dans le cas de la lumière, les interférences produisent des alternances de franges brillantes (constructives) et sombres (destructives) sur un écran.
Formule: sin α = λ/a, où α est l'angle entre la direction de propagation et la normale à l'écran, a est la distance entre les deux sources
L'interfrange (i) est la distance entre deux franges brillantes consécutives :
Formule: i = λD/a, où D est la distance entre les sources et l'écran
Highlight: L'étude des interférences lumineuses confirme la nature ondulatoire de la lumière
Ces phénomènes de diffraction et d'interférences sont essentiels pour comprendre de nombreuses applications en optique, acoustique et télécommunications.
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Les interférences se produisent lorsque deux ondes de même nature se superposent. On observe alors des zones où les ondes se renforcent (interférences constructives) et d'autres où elles s'annulent (interférences destructives).
Conditions d'observation des interférences :
Definition: Interférence constructive - les ondes sont en phase, leurs amplitudes s'additionnent Definition: Interférence destructive - les ondes sont en opposition de phase, leurs amplitudes s'annulent
La différence de marche (δ) détermine le type d'interférence :
où k est un entier.
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