diff --git a/01.curriculum/01.physics-chemistry-biology/03.Niv3/03.wave-optics/topic.fr.md b/01.curriculum/01.physics-chemistry-biology/03.Niv3/03.wave-optics/topic.fr.md index d480430dd..94439e183 100644 --- a/01.curriculum/01.physics-chemistry-biology/03.Niv3/03.wave-optics/topic.fr.md +++ b/01.curriculum/01.physics-chemistry-biology/03.Niv3/03.wave-optics/topic.fr.md @@ -17,13 +17,19 @@ Interférences et diffraction lumineuses *traduisent l'aspect ondulatoire de la ### Le phénomène d'interférences -Le **phénomène d'interférence** est observé lorsque la *superposition de deux ou plusieurs ondes* de même nature (sonores, mécaniques, électro-magnétiques) donne lieu à une *intensité résultante qui n'est pas égale à la simple addition des intensités* prises individuellement. +Le **phénomène d'interférence** est observé lorsque la *superposition de deux ou plusieurs ondes* +de même nature (sonores, mécaniques, électro-magnétiques) donne lieu à une *intensité résultante +qui n'est pas égale à la simple addition des intensités* prises individuellement. -!!Note : pour l'onde électromagnétique, une interférence peut se traduire localement par le phénomène : lumière + lumière = obscurité. +!!Note : pour l'onde électromagnétique, une interférence peut se traduire localement par le phénomène : +lumière + lumière = obscurité. -**En pratique** sur un écran d'observation, les *intensités individuelles* des ondes incidentes *varient lentement* alors que les **différences de phase** entre les ondes qui interfèrent et qui sont à l'origine du phénomène d'interférence **varient rapidement**. +**En pratique** sur un écran d'observation, les *intensités individuelles* des ondes incidentes +*varient lentement* alors que les **différences de phase** entre les ondes qui interfèrent et qui +sont à l'origine du phénomène d'interférence **varient rapidement**. -On appelle **franges d'interférences** le *lieu des points M* caractérisés par une *intensité moyenne $\overline{\,I\,}`$ donnée* : +On appelle **franges d'interférences** le *lieu des points M* caractérisés par une +*intensité moyenne $\overline{\,I\,}`$ donnée* : * Les **franges brillantes** correspondent à une *intensité maximale : $`I=I_{max}`$* * Les **franges sombres** correspondent à une *intensité minimale : $`I=I_{min}`$* @@ -32,19 +38,28 @@ On appelle **franges d'interférences** le *lieu des points M* caractérisés pa Le **contraste** (ou visibilité) des franges quantifie notre *aptitude à discerner les franges*. -Il se définit localement à partir de la distribution d'intensité résultante des ondes qui interfèrent. Si localement *$`I_{max}`$* est l'*intensité maximum* et *$`I_{min}`$* l'*intensité minimum*, le contraste (ou visibilité) des franges se définit par : +Il se définit localement à partir de la distribution d'intensité résultante des ondes +qui interfèrent. Si localement *$`I_{max}`$* est l'*intensité maximum* et *$`I_{min}`$* +l'*intensité minimum*, le contraste (ou visibilité) des franges se définit par : $`\mathcal{V} = \dfrac{I_{max}-I_{min}}{I_{max}+I_{min}}`$ -Cette caractérisation des franges permet une **mesure comprise entre 0 et 1**, valeurs limites qui représentent les *deux cas extrêmes* : +Cette caractérisation des franges permet une **mesure comprise entre 0 et 1**, valeurs +limites qui représentent les *deux cas extrêmes* : -* Pas de franges, donc **intensité uniforme** $`\Longleftrightarrow`$ $`I_{max}=I_{min}`$ $`\Longleftrightarrow`$ *$`\mathcal{V} = 0`$*. +* Pas de franges, donc **intensité uniforme** $`\Longleftrightarrow`$ $`I_{max}=I_{min}`$ +* $`\Longleftrightarrow`$ *$`\mathcal{V} = 0`$*. -* **Franges de visibilité maximum** $`\Longleftrightarrow`$ $`I_{min}=0`$ $`\Longleftrightarrow`$ *$`\mathcal{V} = 1`$*. +* **Franges de visibilité maximum** $`\Longleftrightarrow`$ $`I_{min}=0`$ $`\Longleftrightarrow`$ +*$`\mathcal{V} = 1`$*. ### Interférences entre deux ondes électromagnétiques monochromatiques planes -Soient **deux ondes planes** dans le vide, notées 1 et 2, de **même pulsation $`\omega`$** et d'**amplitudes $`A_1`$ et $`A_2`$**, de **polarisations rectilignes selon $`\overrightarrow{e_1}`$ et $`\overrightarrow{e_2}`$**, et qui *se superposent en un point M* de l'espace localisé, par rapport à un point pros comme origine de l'espace, par le vecteur $`\overrightarrow{r} = \overrightarrow{OM}`$ +Soient **deux ondes planes** dans le vide, notées 1 et 2, de **même pulsation $`\omega`$** e +t d'**amplitudes $`A_1`$ et $`A_2`$**, de **polarisations rectilignes selon $`\overrightarrow{e_1}`$ +et $`\overrightarrow{e_2}`$**, et qui *se superposent en un point M* de l'espace localisé, +par rapport à un point pros comme origine de l'espace, par le vecteur +$`\overrightarrow{r} = \overrightarrow{OM}`$ Ces deux ondes s'écrivent : @@ -108,11 +123,15 @@ $`\underline{\overrightarrow{E}_{tot}}(\overrightarrow{r},t) L'*intensité de l'onde résultante $`I_{tot}`$* s'écrit : - $`\langle I_{tot} \rangle= \epsilon_0 \,c \; ||\overrightarrow{E}||^2`$$`=\dfrac{\epsilon_0\,c}{2} \; ||\overrightarrow{E}||`$ + $`\langle I_{tot} \rangle= \epsilon_0 \,c \; ||\overrightarrow{E}||^2`$ + $`=\dfrac{\epsilon_0\,c}{2} \; ||\overrightarrow{E}||`$ * _Calcul en notation réelle :_ -$`I_{tot}= \dfrac{\epsilon_0\,c}{2} \; [A_1^2 \cdot cos^2 (\omega t-\phi_1)\cdot \overrightarrow{e_1} \cdot \overrightarrow{e_1}`$ $`\;+\;A_2^2 \cdot cos^2 (\omega t-\phi_2)\cdot \overrightarrow{e_2} \cdot \overrightarrow{e_2}`$ $`\;+\;2 \;A_1\,A_2 \cdot cos (\omega t-\phi_1)\,cos (\omega t-\phi_2)\cdot \overrightarrow{e_1} \cdot \overrightarrow{e_2}]`$ +$`I_{tot}= \dfrac{\epsilon_0\,c}{2} \; [A_1^2 \cdot cos^2 (\omega t-\phi_1)\cdot \overrightarrow{e_1} \cdot \overrightarrow{e_1}`$ +$`\;+\;A_2^2 \cdot cos^2 (\omega t-\phi_2)\cdot \overrightarrow{e_2} \cdot \overrightarrow{e_2}`$ +$`\;+\;2 \;A_1\,A_2 \cdot cos (\omega t-\phi_1)\,cos (\omega t-\phi_2)\cdot \overrightarrow{e_1} \cdot \overrightarrow{e_2}]`$ + * _Calcul en notation complexe :_ @@ -122,7 +141,10 @@ $`I_{tot} = \dfrac{\epsilon_0\,c}{2} \; \overrightarrow{E}\cdot \overrightarrow{E^*}`$$` = A_1^2\,\overrightarrow{e_1} \cdot \overrightarrow{e_1} `$$`+ A_2^2\,\overrightarrow{e_2} \cdot \overrightarrow{e_2}`$$`+2 \,A_1 \, A_2\; \overrightarrow{e_1} \cdot \overrightarrow{e_2}`$ -$`\quad\quad = A_1^2\,\overrightarrow{e_1} \cdot \overrightarrow{e_1} `$$`+ A_2^2\,\overrightarrow{e_2} \cdot \overrightarrow{e_2} `$$`+ \,A_1 \, A_2\;e^{i(\phi_1-\phi_2)} \;\overrightarrow{e_1} \cdot \overrightarrow{e_2} `$$`+ \,A_2 \, A_1\;e^{i(\phi_2-\phi_1)} \;\overrightarrow{e_2} \cdot \overrightarrow{e_1}`$ +$`\quad\quad = A_1^2\,\overrightarrow{e_1} \cdot \overrightarrow{e_1} `$ +$`+ A_2^2\,\overrightarrow{e_2} \cdot \overrightarrow{e_2} `$ +$`+ \,A_1 \, A_2\;e^{i(\phi_1-\phi_2)} \;\overrightarrow{e_1} \cdot \overrightarrow{e_2} `$ +$`+ \,A_2 \, A_1\;e^{i(\phi_2-\phi_1)} \;\overrightarrow{e_2} \cdot \overrightarrow{e_1}`$ -------------------- @@ -226,7 +248,8 @@ $`I_{tot}= A^2\cdot\dfrac{1-cos\,N\phi}{1-cos\,\phi}`$ L'identification $`a=b=\dfrac{N\,\phi}{2}`$ dans la relation $`cos(a-b)-cos(a+b)=2\; sin\,a \;sin\,b `$ conduit à -$`cos\left(\dfrac{N\,\phi}{2}-\dfrac{N\,\phi}{2}\right)-cos\left(\dfrac{N\,\phi}{2}+\dfrac{N\,\phi}{2}\right)`$$`=2\; sin\,\dfrac{N\,\phi}{2} \;sin\,\dfrac{N\,\phi}{2} `$ +$`cos\left(\dfrac{N\,\phi}{2}-\dfrac{N\,\phi}{2}\right)-cos\left(\dfrac{N\,\phi}{2}+\dfrac{N\,\phi}{2}\right)`$ +$`=2\; sin\,\dfrac{N\,\phi}{2} \;sin\,\dfrac{N\,\phi}{2} `$ $`cos\,0 - cos\,N\,\phi=1 - cos\,N\,\phi `$$`=2\; sin^2\,\dfrac{N\,\phi}{2}`$ @@ -302,22 +325,31 @@ $`=\dfrac{\dfrac{N^2\phi^2}{4}}{\dfrac{\phi^2}{4}}`$ ! *IMPORTANT :* ! -! Les *maxima principaux de la fonction Interférences-réseau* ont une *même intensité qui croît comme $`N^2`$*, carré du nombre d'ondes qui interfèrent. +! Les *maxima principaux de la fonction Interférences-réseau* ont une *même intensité qui croît comme $`N^2`$*, +carré du nombre d'ondes qui interfèrent. ! -**Entre ces maxima principaux**, la fonction Interférence-réseau possède **plusieurs minima nuls** localisés aux valeurs de $`\phi`$ pour lesquelles le numérateur de la fonction s'annule, soient *aux valeurs* +**Entre ces maxima principaux**, la fonction Interférence-réseau possède **plusieurs minima nuls** +localisés aux valeurs de $`\phi`$ pour lesquelles le numérateur de la fonction s'annule, soient +*aux valeurs* $`sin^2 \dfrac{N\phi}{2} = 0 \quad\Longleftrightarrow \quad\dfrac{N\phi}{2}=k\pi`$ *$` \quad\Longleftrightarrow\quad\mathbf{\phi=\dfrac{2 k\pi}{N}}\quad`$, avec $` \mathbf{k \in \mathbb{N}}`$*. -Ainsi **entre deux maximas principaux** se trouvent *$`N-1`$ minima* de valeur nulle, séparés par *$`N-2`$ maxima secondaires*. +Ainsi **entre deux maximas principaux** se trouvent *$`N-1`$ minima* de valeur nulle, +séparés par *$`N-2`$ maxima secondaires*. -Le premier minimum nul jouxtant un maximum principal situé en $`\phi=2 k\pi`$ (maximum principal d'ordre k) est localisé en $\phi=2 k\pi+\dfrac{2\pi}{N}`$. Ce déphasage $`\dfrac{2\pi}{N}`$ entre un maximum principal et le premier munimum nul est un bon critère pour quantifier la largeur d'un maximim principal. +Le premier minimum nul jouxtant un maximum principal situé en $`\phi=2 k\pi`$ (maximum +principal d'ordre k) est localisé en $`\phi=2 k\pi+\dfrac{2\pi}{N}`$. Ce déphasage $`\dfrac{2\pi}{N}`$ +entre un maximum principal et le premier munimum nul est un bon critère pour quantifier +la largeur d'un maximim principal. ! *IMPORTANT :* ! -! La *largeur d'un pic principal*, quantifiée par la valeur du déphasage séparant le maximum du pic du premier minimum nul, est *proportionnelle à $1/N$*, inverse du nombre des ondes qui interfèrent. +! La *largeur d'un pic principal*, quantifiée par la valeur du déphasage séparant le +maximum du pic du premier minimum nul, est *proportionnelle à $1/N$*, inverse du nombre +des ondes qui interfèrent. ! #### Représentation de la fonction $`Interf_{res}`$