Chapitre 4 : Propriétés des ondes. Sciensass

Transcription

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2 Les ondes :

3 Les ondes : de drôles de bêtes

4 1) Diffraction.

5 1) Diffraction. Qu est-ce qu un rayon lumineux?

6 1) Diffraction. Qu est-ce qu un rayon lumineux? Est-il possible d isoler un rayon lumineux?

7 1) Diffraction. Qu est-ce qu un rayon lumineux? Est-il possible d isoler un rayon lumineux? Il suffit de faire passer un faisceau lumineux à travers un trou de plus en plus petit!

8 1) Diffraction.

9 1) Diffraction. Oui, seulement voilà, quand on passe à l action...

10 1) Diffraction.

11 1) Diffraction. lumière rouge lumière blanche

12 Conditions d observation.

13 Conditions d observation. Considérons une onde plane. (sa longueur d onde est la distance séparant deux fronts d onde successifs)

14 Conditions d observation. Considérons une onde plane. (sa longueur d onde est la distance séparant deux fronts d onde successifs) Cette onde plane arrive à l encontre d un obstacle contenant une ouverture :

15 Conditions d observation. L ouverture est grande devant la longueur d onde λ

16 Conditions d observation. L ouverture est grande devant la longueur d onde λ

17 Conditions d observation. L ouverture est grande devant la longueur d onde λ L onde plane poursuit son chemin comme si de rien n était... Elle reste une onde plane et la longueur est inchangée.

18 Conditions d observation. L ouverture est du même ordre de grandeur que la longueur d onde λ

19 Conditions d observation. L ouverture est du même ordre de grandeur que la longueur d onde λ

20 Conditions d observation. L ouverture est du même ordre de grandeur que la longueur d onde λ L orifice se comporte comme une source ponctuelle... L onde est devenue sphérique et la longueur d onde reste inchangée.

21 1) Diffraction. Définition Le phénomène de diffraction dépend de la longueur d onde λ de l onde incidente et de la dimension a de l obstacle (largeur de la fente ou diamètre du trou).

22 1) Diffraction. Définition Le phénomène de diffraction dépend de la longueur d onde λ de l onde incidente et de la dimension a de l obstacle (largeur de la fente ou diamètre du trou). Ce phénomène est d autant plus marqué que a est voisin ou inférieur à λ (dans le cas des ondes lumineuses, le phénomène est encore apparent avec des obstacles 100 fois plus grands).

23 1) Diffraction. Définition On définit l écart angulaire : θ = λ a θ : écart angulaire exprimé en radian λ : longueur d onde en m a : dimension de l ouverture en m

24 1) Diffraction. Définition On définit l écart angulaire : θ = λ a θ : écart angulaire exprimé en radian λ : longueur d onde en m a : dimension de l ouverture en m

25 2) Interférences.

26 2) Interférences. Où comment "lumière + lumière = obscurité" (ou "bruit + bruit = silence")

27 2) Interférences. Où comment "lumière + lumière = obscurité" (ou "bruit + bruit = silence") Rien que ça!!

28 2) Interférences. Imaginons un faisceau laser arrivant sur une fente double de Young : ces deux fentes, par diffraction se comportent comme deux sources ponctuelles de même longueur d onde et en phase.

29 2) Interférences. Imaginons un faisceau laser arrivant sur une fente double de Young : ces deux fentes, par diffraction se comportent comme deux sources ponctuelles de même longueur d onde et en phase. Zone d interférence : les deux ondes se superposent.

30 2) Interférences. Que se passe-t-il quand deux ondes de même fréquence se superposent?

31 2) Interférences. Si les ondes sont en phase :

32 2) Interférences. Si les ondes sont en phase :

33 2) Interférences. Si les ondes sont en opposition de phase :

34 2) Interférences. Si les ondes sont en opposition de phase : Les sommets "s ajoutent" aux creux Interférences destructives

35 2) Interférences. Fentes d Young Trous d Young

36 Interfrange.

37 Interfrange. Définition L interfrange est la distance séparant deux franges sombres (ou brillantes) successives.

38 Calcul de l interfrange.

39 Calcul de l interfrange. M a S 1 S 2 α P α O En phase i D

40 Calcul de l interfrange. M S 1 En phase i a S 2 α P α O Les rayons lumineux S 1 M et S 2 M arrivent en phase au point M, bien que n ayant pas parcouru les mêmes distances. Cela signifie que la différence de distance est égale à une longueur d onde λ. Le triangle S 1 MP est isocèle. La distance S 2 P = δ est appelée différence de marche. D

41 Calcul de l interfrange. Propriété Il y a interférence constructive si les deux ondes arrivent en phase, c est à dire si la différence de marche est un multiple de la longueur d onde : δ = kλ Quand les deux ondes arrivent en opposition de phase, il y a interférence destructive donc la différence de marche est un multiple impair de la demi-longueur d onde : δ = 2k + 1 λ 2

42 Calculons la différence de marche δ :

43 Calculons la différence de marche δ : L angle α, très exagéré sur la figure, est en fait très petit. Or, pour les angles petits (exprimés en radian), α = sinα = tanα On peut donc écrire : δ a = i D D où : (m) (m) (m) i = λd a (m)

44 3) Effet Doppler.

45 3) Effet Doppler. Propriété La célérité d une onde dans un milieu ne dépend pas de la source, mais que du milieu de propagation.

46 3) Effet Doppler. Propriété La célérité d une onde dans un milieu ne dépend pas de la source, mais que du milieu de propagation. Ainsi, une source en mouvement peut rattraper l onde qu elle émet!

47 3) Effet Doppler. Source immobile

48 3) Effet Doppler. Source immobile

49 3) Effet Doppler. Source en mouvement

50 3) Effet Doppler. Source en mouvement

51 3) Effet Doppler. Source à la même vitesse que l onde

52 3) Effet Doppler. Source à la même vitesse que l onde

53 3) Effet Doppler. Source plus rapide que l onde

54 3) Effet Doppler. Source plus rapide que l onde

55 3) Effet Doppler. Propriété Lorsque la source se déplace, les fronts d onde sont plus rapprochés devant la source : la longueur d onde étant plus courte, la fréquence de l onde perçue est donc plus élevée.

56 3) Effet Doppler. Propriété Lorsque la source se déplace, les fronts d onde sont plus rapprochés devant la source : la longueur d onde étant plus courte, la fréquence de l onde perçue est donc plus élevée. Derrière la source, les fronts d onde sont plus éloignés, la fréquence perçue est donc plus faible.

57 3) Effet Doppler. Propriété Lorsque la source se déplace, les fronts d onde sont plus rapprochés devant la source : la longueur d onde étant plus courte, la fréquence de l onde perçue est donc plus élevée. Derrière la source, les fronts d onde sont plus éloignés, la fréquence perçue est donc plus faible. Applications : vivent les radars, l échographie, la théorie du big bang!

58 3) Effet Doppler. Si on choisit toujours comme sens positif, le sens de propagation de l onde et qu on appelle c la célérité de l onde, V e et V r les vitesses algébriques des émetteur et récepteur de l onde, alors :

59 3) Effet Doppler. Si on choisit toujours comme sens positif, le sens de propagation de l onde et qu on appelle c la célérité de l onde, V e et V r les vitesses algébriques des émetteur et récepteur de l onde, alors : (m/s) (Hz) (Hz) f = c V r c V e f e (m/s)

60 3) Effet Doppler. Si on choisit toujours comme sens positif, le sens de propagation de l onde et qu on appelle c la célérité de l onde, V e et V r les vitesses algébriques des émetteur et récepteur de l onde, alors : (m/s) (Hz) (Hz) f = c V r c V e f e (m/s) f est la fréquence perçue et f e la fréquence de l émetteur c est toujours positive le signe des vitesses est toujours relatif au sens de propagation de l onde