CHAPITRE
Plan
1Quand deux ondes se rencontrent : les interférences
A) Je sais identifier une situation dans laquelle on rencontre des interférences
- Lorsque deux ondes progressives périodiques de même nature se croisent, leurs élongations s’additionnent, ce qui donne une nouvelle onde.
- On dit qu’elles interfèrent.
- Lorsque les deux ondes sont en phase, l’amplitude de la nouvelle onde prend une valeur maximale.
- Les interférences sont constructives.
- Lorsque les deux ondes sont en opposition de phase, l’amplitude de la nouvelle onde est minimale, voire nulle si les deux ondes ont la même amplitude.
- Les interférences sont destructives.
B) Je connais et je sais exploiter les conditions pour obtenir des interférences fixes dans l’espace, destructives et constructives
- Les deux ondes doivent être périodiques, de même nature et de même fréquence.
- Dans le cas de la lumière, les deux ondes doivent, en plus, provenir de la même source (elles sont cohérentes) mais parcourent un chemin différent.
- interférence constructive : la différence de distance parcourue entre les deux ondes interférant est un multiple entier de la longueur d’onde
- δ=k×λ avec
- δ la différence de distance parcourue (ou différence de marche) en m
- k un nombre entier positif
- λ la longueur d’onde du milieu en m
- interférence destructive : la différence de distance parcourue entre deux ondes interférant est un « multiple demi-entier » de la longueur d’onde
- δ=(k+21)×λ avec
- δ la différence de distance parcourue (ou différence de marche) en m
- k un nombre entier positif
- λ la longueur d’onde du milieu en m
C) Je sais décrire les interférences avec du vocabulaire précis
- frange brillante : zone où l’amplitude de l’onde lumineuse résultante est maximale
- frange sombre : zone où l’amplitude de l’onde lumineuse résultante est nulle
- couleurs interférentielles : irisations sur certains objets (bulles de savon, flaques d’essence, ailes des colibris), dues à des interférences entre deux faisceaux de lumière blanche cohérents
- Comme la distance entre les franges sombres dépend de la longueur d’onde, les radiations de différentes couleurs de la lumière blanche ne disparaissent pas toutes au même point de l’espace.
- Ainsi, les zones où il manque des radiations sont colorées.
D) Je connais les grandeurs utiles pour caractériser les interférences lumineuses
- la différence de marche δ
- l’interfrange i
E) Je sais exploiter le phénomène des interférences pour des applications pratiques
- mesurer la longueur d’onde d’un laser
- mesurer la distance entre deux ouvertures
- étudier les irisations sur une bulle de savon
- mesurer l’épaisseur du film d’une bulle de savon
2Quand une onde rencontre un obstacle : la diffraction
A) Je sais identifier un phénomène de diffraction
- Lorsqu’une onde périodique rencontre une ouverture ou un obstacle, il peut y avoir un étalement des directions de propagation.
- L’onde atteint des zones de l’espace qu’elle n’aurait pas pu atteindre si elle avait gardé la même direction.
- Tous les autres paramètres (célérité, longueur d’onde, fréquence) de l’onde restent inchangés.
B) Je connais la grandeur permettant de caractériser la diffraction, je sais la calculer et la mesurer
- relation entre l’écart angulaire, la longueur d’onde et la taille de l’obstacle ou l’ouverture : θ=aλ avec
- θ l’écart angulaire en radian rad
- λ la longueur d’onde en m
- a la taille de l’obstacle en m
- relation entre l’écart angulaire, la longueur d’onde et la taille de l’obstacle ou l’ouverture : θ=aλ avec
C) Je sais identifier les conditions pour rencontrer un phénomène de diffraction
- diffraction pour a<λ ou a≈λ :
- plus a est petit, plus l’étalement est grand
- pas de diffraction pour a>>λ, il n’y a quasiment pas d’étalement :
- l’onde est diaphragmée
- ex. : pour la lumière a>>1 000λ
D) Je sais utiliser le phénomène de diffraction dans des situations pratiques
- déterminer la taille d’un objet ou d’une ouverture (la diffraction de la lumière sur un cheveu donne le diamètre du cheveu)
- mesurer la longueur d’onde d’un laser
3Quand la source se déplace relativement au récepteur : l’effet Doppler
A) Je sais identifier une situation où l’effet Doppler se manifeste
- L’effet Doppler est le décalage entre la fréquence de l’onde reçue et la fréquence de l’onde émise lorsque l’émetteur est en mouvement par rapport au récepteur.
- ex. : lorsqu’une sirène de camion de pompiers s’approche, on perçoit un son aigu et lorsque la sirène s’éloigne, on perçoit un son grave. Comment imites-tu une moto qui te dépasse ? Niiiiii oooooon (son aigu, puis grave).
B) Je sais interpréter et utiliser la relation entre la fréquence reçue, la fréquence émise et la vitesse
- relation entre la vitesse et les fréquences pour l’effet Doppler si l’émetteur bouge :
- l’émetteur s’approche : fR=fE×c−vEc
- l’émetteur s’éloigne : fR=fE×c+vEc
- fE la fréquence de l’onde émise par l’émetteur mobile en Hz
- vE la vitesse de l’émetteur par rapport au récepteur en m.s-1
- fR la fréquence de l’onde reçue par le récepteur fixe en Hz
- c la célérité de l’onde en m.s-1
- interpréter la relation :
- quand la source s’approche du récepteur fixe, alors la fréquence reçue est plus grande que la fréquence émise (son plus aigu, rayonnement décalé vers le bleu) ;
- quand la source s’éloigne du récepteur fixe, la fréquence reçue est plus faible que la fréquence émise (son plus grave, rayonnement décalé vers le rouge).
- relation entre la vitesse et les fréquences pour l’effet Doppler si l’émetteur bouge :
C) Je sais utiliser l’effet Doppler dans des situations pratiques
- mesurer la vitesse d’un objet (le radar utilise l’effet Doppler pour mesurer la vitesse d’une voiture)
- mesurer la vitesse d’une galaxie ou d’une étoile en analysant les spectres en longueur d’onde de ces dernières
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