Découvrir le phénomène d'interférences avec les ultrasons :

Cette manipulation, très simple à mettre en oeuvre, pourra servir à mieux appréhender le phénomène des interférences.

Le matériel nécessaire :

- deux émetteurs ultrasonores dont au moins un disposant d'un réglage de niveau pour pouvoir ajuster à la même valeur d'amplitude les ondes émises par chacun de ces émetteurs.

- un récepteur d'ultrasons

- un oscilloscope

- un GBF ainsi que le câblage nécessaire pour alimenter les deux émetteurs avec ce même GBF

(Remarque : les deux émetteurs doivent être câblés de façon identique en interne pour que les signaux émis le soient en phase !)

Le montage :

montage.png

(A remarquer : le Té BNC qui permet d'alimenter les deux émetteurs avec le même GBF)

Ci dessous la vidéo de la manipulation. La visualiser en plein format :

A partir des informations numériques disponibles dans cette vidéo, on pourra tester si la relation donnée pour le dispositif d'Young se trouve vérifiée avec les ondes ultrasonores.

 

 

 

Les interférences lumineuses :

L'expérience fondamentale : les fentes d'Young :

Cette expérience est très facile à mettre en oeuvre avec un laser :

Exp_fentes_Young.png

Remarques pour le professeur :

La mise en place est instantanée et ne pose aucune difficulté technique. Les mesures de l'interfrange se font directement sur l'écran.

La valeur théorique de l'interfrange vaut :

interfrange.png 

En prenant un distance D = 2,00 m (le montage reste alors réalisable sur une paillasse élève), on obtient des interfranges facilement mesurables. On mesurera bien sûr la distance qui sépare plusieurs interfranges.

 Malgré la bonne précision obtenue avec des mesures faites simplement, deux remarques sont à signaler :

  • deux phénomènes viennent se superposer, ce qui peut être une gêne pour l'élève : le phénomène de diffraction venant moduler le phénomène d'interférences. (Les interférences sont visualisées dans les taches de diffraction)

  • l'idéal serait de disposer, en plus du laser classique de couleur rouge, d'un laser de couleur verte pour pouvoir voir l'influence de la longueur d'onde sur la largeur de l'interfrange.

La théorie :

Ci-dessous, un lien vers une animation très bien faite, que l'on trouve sur le site www.ostralo.net. Tous les paramètres de l'expérience sont modifiables : longueur d'onde, distance entre les fentes, distance D, position du point d'étude sur l'écran :

anim_interferences.png

Les miroirs de Fresnel :

Le montage classique :

Une source de lumière blanche à filament est associée à un filtre coloré. La lumière qui frappe les miroirs de Fresnel est observée à l'aide d'un oculaire gradué :

Fresnel1.png

Une explication animée sur la formation des interférences par les miroirs de Fresnel est donnée sur l'Université en ligne : http://uel.unisciel.fr/physique/interf/interf_ch02/co/apprendre_ch2_04.html ( en bas de la page : "Complément -> lancer la ressource interactive)

Le montage modifié (idée de Jean-Luc Trioux - Lycée Pasteur - Somain) :

Dans cette version, on remplace l'association lumière blanche-filtre coloré par une lampe RVB (constituée de trois Leds : rouge, verte et bleue). Une télécommande permet de choisir l'allumage de l'une ou l'autre de ces 3 Leds, ainsi que de régler l'intensité d'émission) :

Fresnel2.png

 DSCN7506_red.png DSCN7508_red.png

La télécommande permet de changer à volonté la longueur d'onde émise

On obtient des figures d'interférences comme celles ci-dessous (prise de vue réalisée à l'aide d'une webcam montée sur adaptateur d'oculaire).

La mesure de l'interfrange se fera à l'aide de la graduation de l'oculaire : attention, ce sont des mesures relatives.

La largeur de l'interfrange dépend de la distance entre l'oculaire et les miroirs. En diminuant cette distance l'interfrange diminue mais en contrepartie la luminosité est plus grande. Pour pouvoir comparer les interfranges à différentes longueurs d'onde, on ne changera pas cette distance en cours de manipulation. A remarquer : la visibilité est moins bonne en bleu.

mesures.png

Réglages et prises de vues par Brigitte Quenson (Lycée Pasteur - Somain)  

 

Exemple d'activité autour des miroirs de Fresnel :

1-Observer le phénomène et faire émerger la dépendance entre la longueur d'onde et la largeur de l'interfrange.

2- Mesurer, à l'aide d'un spectrophotomètre à fibre optique, la longueur d'onde de la lumière émise par chacune des leds de cette lampe :

Lampe_RVB.png

3- Etablir une relation entre l'interfrange et la longueur d'onde

4- On dispose d'un fitre interférentiel qui permet d'obtenir une lumière ayant une bonne monochromaticité à partir d'une source de lumière blanche. Déterminer à l'aide de deux méthodes différentes la longueur d'onde de transmission de ce filtre.

       

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