Diffraction, interférences et effet Doppler

01Comprendre

La diffraction devient notable lorsque la dimension d’une ouverture ou d’un obstacle est comparable à la longueur d’onde ; pour une ouverture adaptée, l’angle caractéristique est de l’ordre de λ/a. Les interférences résultent de la superposition d’ondes cohérentes, avec renforcement ou atténuation selon le déphasage. L’effet Doppler traduit un changement de fréquence reçue lié au mouvement relatif de la source et du récepteur. Ces phénomènes demandent de distinguer fréquence émise, fréquence reçue et propriétés du milieu.

02Un exemple

Réduire la largeur d’une fente élargit la figure de diffraction. Une sirène qui se rapproche est généralement perçue avec une fréquence plus élevée qu’une sirène identique qui s’éloigne.

03À toi de jouer

Pour une même longueur d’onde, une fente plus étroite donne une diffraction…

Correction : Plus étalée. L’angle caractéristique augmente quand a diminue.

04Interférences lumineuses et différence de marche

Deux ondes lumineuses cohérentes peuvent se superposer en produisant une figure stable d’interférences. La différence de marche δ traduit la différence des trajets optiques. Pour des sources en phase, une interférence constructive correspond à δ = kλ ; une interférence destructive correspond à δ = (k + 1/2)λ, avec k entier.

Dans le dispositif des fentes de Young, sous les approximations usuelles d’une observation proche de l’axe et d’un écran éloigné, l’interfrange vaut i = λD/a. D est la distance à l’écran et a l’écartement des fentes. L’interfrange est la distance entre deux franges brillantes successives, ou entre deux franges sombres successives.

Exemple : Avec λ = 600 nm, D = 2,0 m et a = 0,50 mm, i = (600 × 10⁻⁹ × 2,0)/(0,50 × 10⁻³) = 2,4 × 10⁻³ m, soit 2,4 mm. Doubler D double l’interfrange, dans les mêmes conditions.

Travailler cette notion avec sa méthode, son exercice et son quiz.