OBSERVER : Ondes et matières Chapitre 3 : Propriétés des ondes

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1 OBSERVER : Ondes et matières Chapitre 3 : Propriétés des ondes

2 I-La diffraction Toutes les ondes, mécaniques ou électromagnétiques peuvent être diffractées. Mise en évidence : Expérience du laser : voir TP Observation de la cuve à onde : Explication : l’éparpillement de la lumière qui se produit est la manifestation d’un phénomène qui caractérise les ondes: la diffraction. Si l’on réduit la largeur du passage des ondes à la surface de l’eau, celles-ci se diffractent en produisant des rides circulaires au-delà de l’étroit passage.

3 Définition et observation : L’alternance de zones lumineuses et sombres est appelée « figure de diffraction ».

4 Définition et observation : L’alternance de zones lumineuses et sombres est appelée « figure de diffraction ». L’importance du phénomène de diffraction est mesurée par l’écart angulaire de diffraction, angle entre la direction de propagation de l’onde et la direction définie par le milieu de la première extinction. On le note θ, exprimé en radian (rad) Remarque: Les angles s’expriment en radian : 𝝅 𝒓𝒂𝒅=𝟏𝟖𝟎°

5 L’expérience montre que plus la largeur a de l’ouverture ou de l’obstacle diminue et plus le phénomène s’accentue. Pour une même ouverture, la diffraction sera d’autant plus importante que la longueur d’onde λ est grande. On en déduit la valeur de l’écart angulaire (ou demi-angle de diffraction) : 𝜽≈ 𝝀 𝒂 λ en mètre (m) a en mètre (m) θ en radian (rad)

6 II- Interférences Deux ondes de même fréquence qui se superposent peuvent interférer. Mise en évidence : Expérience du laser : TP seconde partie, Fente d’Young On observe des franges d’interférences. Observation de la cuve à onde : Remarque: unes figure stable s’obtient avec des ondes de même fréquence et de déphasage constant. Ce sont des ondes cohérentes, émises par des sources cohérentes. Interférences constructives : ondes arrivant en phase, les élongations s’ajoutent. Interférences destructives : ondes arrivant en opposition de phase, les élongations s’annulent et la résultante sera nulle.

7 II- Interférences Deux ondes de même fréquence qui se superposent peuvent interférer. Mise en évidence : Expérience du laser : TP seconde partie, Fente d’Young On observe des franges d’interférences. Observation de la cuve à onde : Remarque: unes figure stable s’obtient avec des ondes de même fréquence et de déphasage constant. Ce sont des ondes cohérentes, émises par des sources cohérentes. Interférences constructives : ondes arrivant en phase, les élongations s’ajoutent. Interférences destructives : ondes arrivant en opposition de phase, les élongations s’annulent et la résultante sera nulle.

8 Définition : Différence de marche δ
Soient deux sources cohérentes S1 et S2, vibrant en phase. En un point P, on appelle la différence de marche la différence entre les deux distances d1 et d2, distances entre chaque sources et le point P, tel que : δ = d2 – d1 On observera des :  Interférences constructives quand δ = k x λ  Interférences destructives quand δ = 𝑘 x λ k est un nombre entier positif ou négatif appelé ordre d’interférences.

9 𝒊= 𝝀.𝑫 𝒃 Définition : Interfrange, i
Pour une source lumineuse monochromatique : On appelle interfrange, la distance séparant deux franges brillantes ou deux franges sombres consécutives. L’interfrange se calcule à partir de : 𝒊= 𝝀.𝑫 𝒃 Succession de franges équidistantes alternativement sombres ou lumineuses i en mètre (m) λ en mètre (m) D, distance fente-écran en mètre (m) b, distance entre fentes en mètre (m)

10 Remarque : Interférences en lumière blanche
Avec une lumière polychromatique, chaque radiation de longueur d’onde λ donne sa propre figure d’interférences. La superposition de ces figures conduit à l’observation de zones colorées, les couleurs interférentielles.

11 III- L’effet Doppler ∆𝒇=𝒇𝑹 −𝒇𝑺
Observation : A l‘approche du véhicule, le son est plus aigu (fréquence plus élevée) que lorsqu’il s’éloigne. Explication : simulation Définition : L’effet Doppler correspond à un décalage ∆𝒇=𝒇𝑹 −𝒇𝑺 non nul, entre la fréquence fR du signal reçu par un récepteur R, et la fréquence fS du signal émis par la source S, lorsque S et R sont en mouvement par rapport à l’autre. Si R et S se rapprochent, 𝒇𝑹>𝒇𝑺 , et ∆𝒇 > 0 Si R et S s’éloignent, 𝒇𝑺>𝒇𝑹 , et ∆𝒇 < 0 Si R et S sont immobiles, 𝒇𝑹=𝒇𝑺 , et ∆𝒇= 0

12 Utilisation : Mesure de vitesses: La comparaison entre la fréquence de l’onde perçue et celle de l’onde émise permet de déterminer la vitesse de l’émetteur par rapport au récepteur par exemple. Astronomie : effet Doppler-Fizeau Le décalage Δf se traduit par un déplacement des raies d’absorption dans le spectre de la lumière par rapport au spectre de référence de la même source. Remarque : Lorsqu’une étoile s’éloigne, son spectre se décale vers le rouge alors que si elle se rapproche, on observe un décalage vers les petites longueurs d’ondes (violet).