La diffraction des ondes lumineuses en Terminale

Summary

Cette présentation explore le phénomène de diffraction des ondes lumineuses. À l'aide d'une configuration expérimentale simple comprenant un laser, une fente verticale et un écran, nous observons comment une onde lumineuse monochromatique modifie sa direction après avoir traversé la fente. Le phénomène de diffraction est observé lorsque la largeur de la fente est inférieure à la longueur d'onde de la lumière. Le script aborde également l'application de ce phénomène pour déterminer des diamètres fins, comme celui d'un cheveu, et la diffraction dans un télescope. Enfin, il est expliqué comment la diffraction limite la résolution des télescopes astronomiques.

Takeaways

• 😀 La diffraction de la lumière se produit lorsque la lumière traverse une fente étroite et modifie sa direction de propagation.
• 😀 Une configuration expérimentale simple, comprenant un laser, une fente verticale et un écran, permet d'étudier ce phénomène.
• 😀 Pour observer clairement la diffraction, la largeur de la fente doit être inférieure à 100 longueurs d'onde de la lumière.
• 😀 Pour des ondes lumineuses avec une longueur d'onde comprise entre 400 et 700 nanomètres, la largeur de la fente doit être inférieure à 70 micromètres.
• 😀 Un motif de diffraction sur un écran montre des taches lumineuses séparées par des zones sombres appelées extinction.
• 😀 L'angle de diffraction caractéristique est donné par l'approximation θ = λ / a, où λ est la longueur d'onde et a est la largeur de la fente.
• 😀 Plus la largeur de la fente est petite, plus l'angle de diffraction θ est grand, et plus le phénomène de diffraction est marqué.
• 😀 Plus la longueur d'onde de la lumière est grande, plus l'angle θ de diffraction est grand.
• 😀 En utilisant l'approximation de petits angles, l'angle θ peut aussi être estimé par θ ≈ λ / a.
• 😀 Le principe de Babinet permet d'utiliser un cheveu pour déterminer la largeur de la fente en produisant un motif de diffraction similaire à celui d'une fente.
• 😀 Le phénomène de diffraction par un trou circulaire produit un motif de diffraction appelé tache de Rice, qui limite la résolution des télescopes astronomiques.

Q & A

Qu'est-ce que le phénomène de diffraction de la lumière?

La diffraction de la lumière est un phénomène où une onde lumineuse change de direction lorsqu'elle rencontre un obstacle ou une ouverture, comme une fente. Ce phénomène est particulièrement visible lorsque la largeur de la fente est inférieure à la longueur d'onde de la lumière.

Quelle est la condition nécessaire pour observer clairement la diffraction?

La diffraction est clairement observée si la largeur de la fente (a) est inférieure à cent longueurs d'onde de la lumière (λ).

Pourquoi la diffraction est-elle observable uniquement dans certaines conditions?

La diffraction n'est observable que lorsque la largeur de la fente est comparable à la longueur d'onde de la lumière, ce qui entraîne un changement notable dans la direction de propagation de l'onde lumineuse.

Comment la taille de la fente influence-t-elle la diffraction?

Plus la fente est étroite, plus l'angle caractéristique de diffraction (θ) est grand, et plus l'effet de diffraction est marqué. Cela signifie qu'une fente plus petite produira un motif de diffraction plus large.

Quel est le lien entre la longueur d'onde de la lumière et la diffraction?

Plus la longueur d'onde de la lumière est grande, plus l'angle de diffraction (θ) sera important, ce qui augmente l'ampleur du phénomène de diffraction.

Qu'est-ce que le 'modèle de diffraction' sur un écran?

Le modèle de diffraction sur un écran consiste en des zones claires, appelées tâches lumineuses, séparées par des zones sombres, appelées extinction. Ce modèle s'étend perpendiculairement à la fente.

Comment détermine-t-on la largeur de la tâche centrale dans le modèle de diffraction?

La largeur de la tâche centrale correspond à la distance entre les centres des deux premières zones d'extinction, et peut être mesurée pour déterminer la précision du phénomène de diffraction.

Comment le principe de Babinet peut-il être utilisé pour mesurer le diamètre d'un cheveu?

Le principe de Babinet stipule qu'une fente et un fil tendu de diamètre égal à la largeur de la fente produisent le même motif de diffraction. En mesurant la largeur de la tâche centrale pour un cheveu éclairé par un laser, on peut en déduire le diamètre du cheveu.

Qu'est-ce que l'angle caractéristique de diffraction θ?

L'angle θ est l'angle qui délimite la tâche centrale dans le modèle de diffraction, et il est proportionnel à la longueur d'onde λ et inversement proportionnel à la largeur de la fente a.

Quel est l'effet de la diffraction dans un télescope astronomique?

La diffraction limite la résolution d'un télescope astronomique. La lumière provenant d'un objet observé subit une diffraction lorsqu'elle passe à travers l'objectif du télescope, ce qui crée une tâche de Rice au lieu d'un point lumineux net.