Interaction Onde- matière

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1 I. La diffraction : 1) Diffraction d une onde mécanique : Interaction Onde- matière a) Expérience : fente de largeur a > λ fente de largeur a = λ fente de largeur a < λ b) Interprétation : Onde incidente Onde..... La fente de largeur a < λ, est équivalente à une source.pour cela l onde rectiligne devient une onde..l onde rectiligne se propage suivant une seule..l onde diffractée, circulaire, se propage suivant c) Remarque : Diffraction par un obstacle de largeur est au voisinage de la longueur d onde λ. L onde contourne l obstacle. Les vagues maritimes contournent un Île ; ils se diffractent d) Conclusion : La diffraction d une onde est le..de sa direction et de sa à travers une ou un. ) Diffraction de la lumière : a) Expérience : Fente F étroite obstacle ource Laser de lumière rouge Écran ource Laser de lumière rouge Écran Page 1

2 b) Observations : On observe sur l écran.disposées horizontalement et séparées par des.très fines. La tache centrale est plus.et plus que les taches latérales. Les multiplications des.de propagation à travers une..ou un.... entraîne la diffraction de la lumière. c) conclusion : La diffraction montre une analogie entre l onde mécanique et Cela permet de déduire que la lumière est..appelée. d) Remarques : Comme l onde mécanique, l onde lumineuse est caractérisée par une et une.. Contrairement à l onde mécanique, l onde lumineuse peut se propager rectilignement dans.. Dans le toutes les ondes lumineuse se propagent à la même célérité C. C air C vide = C = m.s 1. La relation entre λ et T est λ = La fréquence de la lumière est notée ν = = 3) Influence du quotient ( λ /a) sur le phénomène de diffraction: a) Cas d une onde mécanique : a.1 : D après les expériences de 1) ; a) on voit que le phénomène de diffraction dépend de largeur a de la fente.. a. : Expérience : On fixe la valeur de la fente a = 1,5 cm par exemple et on change l épaisseur e de la nappe d eau dans la cuve à onde. Pour une épaisseur e 1 on observe : Pour une épaisseur e > e 1 on observe : ource laser en lumière rouge λ R = 0,633 m a.3 : Conclusion : λ > λ 1.. Le phénomène de diffraction dépend du quotient ( λ/a ). b) Cas d une onde lumineuse : Dispositif : b.1 : Expérience N 1 : D = L : largeur de la tache centrale L On fait varier la largeur a de la fente et on mesure chaque fois la largeur L de la tache centrale. b. : Expérience N : On change la source laser de lumière rouge par une source laser (Argon- Néon) de lumière verte de longueur d onde λ V = 0,500 m ; et on refait l expérience N 1. Page

3 b.3 : Résultats : 1 Les deux expériences permettent de tracer les courbes L f suivantes : a L ( en 10 3 m ) λ R = 0,633 m λ V = 0,500 m 5 1 ( en 10 3 m -1 ) a 1 Les deux courbes sont des droites d équation à la forme. L k. ; k est le coefficient directeur a dépendant de la longueur d onde λ de la lumière utilisée. On a graphiquement :.. On peut remplir le tableau suivant : Lumière pente k.a (en mètres) Rouge verte θ.a λ b.4 : Conclusion : II. La réflexion : 1) La réflexion d un ébranlement : a) Extrémité A fixe : (e ; i) ( e ; r ) Réflexion avec changement de signe A A b) Extrémité A libre : (e ; i) ( e ; r ) Réflexion sans changement de signe A A (e ; i ) : ébranlement incident, (e ; r ) : ébranlement réfléchie Page 3

4 ) La réflexion d onde plane ( ou rectiligne) : a) Expérience : i : angle d incidence. i : angle de réflexion. I : point d incidence. Onde plane Incidente Onde plane réfléchie b) Loi de la réflexion : λ = λ l onde plane se.. loi de la réflexion : 3) La réflexion d onde plane sonore : a. Expérience : Obstacle de grandes dimensions devant la longueur d onde λ Écran absorbant ( Liège ) Voie Y Masse Voie Y 1 b. Conclusion : c. Remarque : Le son se réfléchie en respectant la loi.. L incidence sur un obstacle de dimension de l ordre de la longueur d onde donne.. Page 4

5 III. La réfraction d une onde mécanique : A. L onde transmise : 1) Expérience : Avec la plaque P, on crée deux milieux de propagation différents. Le 1 ér milieu est d'épaisseur e 1 et le éme est d'épaisseur e telle que e 1 < e. La limite séparant les deux milieux est appelée surface de séparation des deux milieux, notée σ. En mettant la lame L en marche, on observe à la surface libre de la cuve à onde, en éclairage stroboscopique et pour Ne = N.. qui sont plus.dans le milieu. ) interprétation : L'onde progressive....émise par L est..du milieu 1 au milieu, sans subir de..au niveau de sa direction de propagation ni de sa forme, mais avec un...de longueur d'onde. La longueur d'onde λ dans le milieu est à la longueur d'onde λ 1 dans le milieu 1. Le changement de longueur d'onde est due à la de sa célérité en passant d'un milieu à un autre. La célérité v est plus. dans la zone la plus et inversement. 3) Conclusion : Lors d une transmission d onde, les ondes incidente et transmise on la même fréquence N, telle 1 C1 C que : N T λ 1 λ B. L onde réfractée : 1) Expérience : On répète la même expérience précédente mais en remplaçant la plaque P rectangulaire par une autre plaque trapézoïdale de faible épaisseur. En éclairage stroboscopique et pour N e = N, On observe: - Dans le milieu 1 : l onde rectiligne.est de longueur - Dans le milieu : Une onde rectiligne de...inférieure à.. a direction de propagation..est légèrement par rapport à celle Page 5

6 ) Interprétation : i 1 : angle d incidence ; i : l angle de réfraction Au niveau d une surface de séparation σ des deux milieux, l' onde progressive qui se propage dans le milieu 1 subit un.de longueur d onde, de de propagation et de de propagation dans le milieu. Loi de Descartes relative à la réfraction : Les mesures graphiques permettent de trouver le rapport : 1 sin(i1) C1 avec λ1 λ sin(i ) N et λ. sin(i1) sin(i ) On peut donc déduire que : c est la ème loi de Descartes. C1 C 3) Remarque : De la ème loi de Descartes on peut tirer :sin(i 1 ) = n.sin(i ) λ C N avec n = C1 appelé indice de réfraction du milieu par rapport au milieu 1. C III... La dispersion : A. La dispersion de la lumière : 1) Expérience 1 : Un faisceau laser traversant un prisme en verre d'indice de réfraction n, subit.. d'un angle D comme le montre la figure ci-dessous. ource laser monochromatique Prisme D Interprétation : La déviation D du faisceau Laser à travers le prisme est due à une double réfraction air/verre et verre/air. Ecran E ) Expérience : On reprend le dispositif de l expérience 1 et on remplace la source Laser par un faisceau de lumière blanche, qui traverse un prisme d'indice n sous une incidence i. On obtient sur l écran E un spectre coloré rappelant les couleurs de Page 6

7 ource de lumière blanche Prisme Ecran E Rouge Orangé Jaune Vert Bleu violet Conclusion: a) La lumière blanche résulte de la superposition d'une infinité de de couleurs allant du.au..ainsi la lumière blanche est appelée lumière... b) Chaque radiation..( formée d une seule couleur) est une onde lumineuse caractérisée par une longueur d'onde λ 0 dans l air ou dans le vide et une fréquence.. C Elle se propage dans l air ou dans le vide à la célérité C telle que : λ 0. ν c) Les différentes radiations constituant la lumière blanche.déviées du.. angle D par un prisme d'indice n, c'est le phénomène de..de la lumière. d) Cette différence de. est due à une de. de propagation dans le En effet : D après la ème loi de Descartes :.... e) La déviation d'une radiation lumineuse d'indice n, dépend de sa. B. La dispersion des ondes mécaniques : 1) Expérience : Une étude expérimentale de l onde rectiligne à la surface de l eau d une cuve à des fréquences différentes a permis de remplir les résultats suivants : ) Conclusions : N (Hz) λ ( mm) V (m.s 1 ) 0,1 0, 0,4 La célérité de propagation de l onde mécanique dans l eau (milieu élastique) ne dépend pas.. de la..de ce milieu, mais de sa..dans ce cas le milieu de propagation est dit :... C. Milieux dispersifs et milieux non dispersifs : 1) Le verre est un milieu dispersif des ondes lumineuses. ) L eau est un milieu dispersif des ondes rectilignes de fréquences. 3) On appelle milieu dispersif tout milieu dans lequel la célérité V de propagation d une onde dépend de sa fréquence. Page 7

8 4) L air est un milieu non dispersif des ondes sonores. Page 8