Comprendre la diffraction

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Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Caractéristiques et propriétés des ondes
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Comprendre la diffraction

FB_Bac_98618_PhyT_S_009

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Rappels de cours

1Mise en evidence


 Une onde rectiligne se propageant à la surface de l’eau peut se diffracter. Le phénomène ne se produit pas si l’obstacle ou l’ouverture sont grands.

 Elle donne naissance, après l’obstacle, à une onde circulaire.

2Diffraction de la lumière


 Si on interpose une fente ou un fil très fin devant un laser, on observe une zone d’éclairement non uniforme perpendiculaire à la fente, que l’on appelle une figure de diffraction.

 L’écart angulaire entre le milieu de la tache centrale et la première extinction (centre de la première zone sombre) vaut :



, diamètre du fil, en m

, longueur d’onde, en

en rad

L’écart angulaire est aussi appelé demi-largeur angulaire.

 Pour de petits angles, (>fiche45), on montre que :



d, largeur de la tache centrale en

D, distance entre le fil et l’écran en

en rad

3Caractéristiques

 La longueur d’onde est la même avant et après l’obstacle. Le phénomène se produit lorsque la taille de l’obstacle est de l’ordre de grandeur de la longueur d’onde.

 La diffraction est caractéristique des ondes. Historiquement, c’est ce qui a conduit à considérer la lumière comme une onde.

Méthodes

Utiliser la formule

Pour évaluer la taille d’un cheveu, on réalise le montage représenté au recto de la fiche en utilisant un laser de longueur d’onde dans le vide λ= 632,8 nm. On règle le dispositif pour que d= 2,0 cm : l’écran est alors à D= 1,0 m du cheveu. Déterminer le diamètre du cheveu.

Conseils

Pour de petits angles, .

Solution

Avec les notations du schéma de la fiche, on peut écrire : . Comme et que pour de petits angles il vient soit

Expliquer le phénomène d’irisation

La lumière blanche est composée d’une infinité de radiations. Pour simplifier, on ne s’intéresse qu’à trois radiations : rouge (R), verte (V) et bleue (B). On a :  ; .

1. Comparer les largeurs des taches centrales observées pour chacune des trois radiations.

2. On éclaire la fente en lumière blanche. Expliquer pourquoi la tache centrale de la figure de diffraction est blanche.

3. Expliquer l’origine des irisations de chaque côté de la tache.

Solution

1. Comme et que , on a . On a donc dB<dV<dR.

2. Au centre, se superposent toutes les couleurs : R + B + V = blanc.


3. La tache centrale rouge est plus étalée que les taches verte et bleue : les bords de la tache centrale sont rouges. Là où seul du vert s’ajoute au rouge, la couleur est jaune.

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