Chapitre 4 Terminale S
Les propriétés des ondes : diffraction, interférences et effet Doppler Les propriétés des ondes : diffraction, Physique-Chimie
interférences et effet Doppler




CONTEXTE
La propagation des ondes, mécaniques ou électromagnétiques, donne naissance à divers phénomènes observables au
quotidien tels que la diffraction, les interférences et l'effet Doppler.




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I Le phénomène de diffraction

A Dé nition




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DÉFINITION Diffraction
La diffraction est une propriété des ondes qui se manifeste par un étalement des directions de propagation de l'onde lorsque
celle-ci rencontre une ouverture ou un obstacle.

EXEMPLE




Figure de diffraction obtenue avec une ouverture carrée
Wikimédia




Figure de diffraction obtenue avec une ouverture circulaire
Wikimédia




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B L'observation du phénomène
PROTOCOLE D'EXPÉRIMENTATION Observation du phénomène de diffraction
Un obstacle de petite dimension est éclairé par une source de lumière. On observe sur un écran placé derrière l'obstacle une
gure de diffraction.




Dispositif expérimental pour observer la diffraction

La gure de diffraction observée est constituée de plusieurs taches : une tache centrale et des taches latérales (plus petites
et moins lumineuses), séparées par des zones d'extinction. Ces taches s'étalent dans une direction perpendiculaire à celle de
la fente.



Figure de diffraction obtenue avec une fente rectiligne éclairée en lumière monochromatique

L'observation du phénomène de diffraction est liée aux dimensions de l'ouverture (ou de l'obstacle) par rapport à la longueur
d'onde . λ
Si la dimension de l'ouverture (ou de l'obstacle) est supérieure à la longueur d'onde, l'onde se propage sans modi cation
à travers l'ouverture.
Si la dimension de l'ouverture (ou de l'obstacle) est du même ordre de grandeur ou plus petite que la longueur d'onde,
l'onde est diffractée.

Dans le cas de la lumière, le phénomène de diffraction peut avoir lieu dès que la dimension de l'ouverture est
du même ordre de grandeur que 100 fois la longueur d'onde.
REMARQUE




Le phénomène de diffraction est d'autant plus marqué que la dimension de l'ouverture ou de l'obstacle est
petite par rapport à la longueur d'onde.
REMARQUE




C L'écart angulaire
L'importance du phénomène de diffraction est mesurée par l'écart angulaire θ.
DÉFINITION Écart angulaire
L'écart angulaire θ représente le demi-angle entre les premiers minima d'intensité lumineuse de la gure de diffraction.




Écart angulaire de diffraction θ




É
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FORMULE Écart angulaire
L'écart angulaire, pour de petits angles, est donné par la relation suivante :
θ = aλ
Avec :
θ
l'écart angulaire (en rad)
λ
la longueur d'onde de la source (en m)
a la largeur de l'ouverture ou de l'obstacle (en m)



tanθ ≈ θ = 2DL
Dans le cadre de l'approximation des petits angles, on a aussi :

REMARQUE




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II Le phénomène d'interférences

A La superposition de deux ondes
Lorsque deux ondes monochromatiques de même fréquence et de même nature se superposent, l'amplitude de la
perturbation résultante est la somme des amplitudes individuelles des deux ondes :




Propagation de deux ondes en sens inverse le long d'une corde

DÉFINITION Phénomène d'interférences
Le phénomène d'interférences correspond à la variation dans l'espace de l'amplitude résultante de la superposition de deux
...