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Vidéo de question : Relier la figure de diffraction de la lumière au nombre de fentes Physique

Laquelle des affirmations suivantes décrit le mieux la relation entre le nombre fentes voisines que les ondes traversent et la figure de diffraction produite par les ondes ? [A] Une figure de diffraction n’est produite que s’il y a une seule fente. [B] Une figure de diffraction n’est produite que s’il y a deux fentes. [C] Une figure de diffraction est produite par n’importe quel nombre de fentes. [D] Une figure de diffraction n’est produite que par un nombre de fentes égal à la longueur d’onde des ondes.

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Transcription de vidéo

Laquelle des affirmations suivantes décrit le mieux la relation entre le nombre fentes voisines que les ondes traversent et la figure de diffraction produite par les ondes ? (A) Une figure de diffraction n’est produite que s’il y a une seule fente. (B) Une figure de diffraction n’est produite que s’il y a deux fentes. (C) Une figure de diffraction est produite par n’importe quel nombre de fentes. Et (D) une figure de diffraction n’est produite que par un nombre de fentes égal à la longueur d’onde des ondes.

En réfléchissant à cette question, libérons de l’espace à l’écran et rappelons, en premier lieu, ce qu’est une figure de diffraction. Une figure de diffraction est quelque chose qui est produit par des ondes. Tout type d’onde, qu’il s’agisse d’une vague, d’une onde sonore ou d’une onde lumineuse, est capable d’être diffractée, c’est-à-dire de se courber dans les coins et d’interférer avec d’autres ondes, se combinant de manière constructive et destructive. Il s’avère que la diffraction des ondes et les interférences sont impliquées dans la création d’une figure de diffraction.

Dans cet exemple, nous allons représenter les ondes en utilisant ce qu’on appelle des fronts d’onde. Chacune de ces droites représente un front d’onde. Et nous pouvons considérer ces droites comme représentant les pics des longueurs d’onde successives de notre onde. Cette onde, dirons-nous, est en mouvement vers la droite. Si nous devions mettre une barrière devant cette onde comme celle-ci et ensuite ouvrir un petit espace dans cette barrière, une partie de notre onde entrante passerait par cette fente. Et parce que cette fente donne deux coins à l’onde pour se courber ou être diffractée, elle sera en effet diffractée lorsqu’elle traverse l’espace. Nous avons donc maintenant une onde diffractée, mais qu’en est-il de la figure de diffraction ?

Imaginons que notre onde soit une onde lumineuse. Et disons plus loin qu’à une certaine distance de cet espace, nous avons mis en place un écran sur lequel la lumière peut arriver. Si la diffraction des ondes était le seul phénomène d’onde qui se produit ici, quand l’onde lumineuse arrive sur notre écran, il y aurait un niveau égal d’intensité lumineuse en chaque point. Expérimentalement cependant, nous savons que ce n’est pas ce qui se passe réellement. En effet, lorsque notre onde lumineuse traverse cet espace, en plus d’être diffractée, elle interfère également avec elle-même. Il peut sembler étrange de penser qu’une seule onde interfère avec elle-même. Il existe un modèle d’ondes lumineuses qui dit que tout point du front d’onde d’une telle onde peut être considéré comme une source d’ondes. Les ondes de toutes ces sources d’ondes efficaces interfèrent les unes avec les autres.

La raison pour laquelle nous savons que quelque chose comme cela se produit, c’est en regardant la figure de diffraction qui se forme à l’écran. Pour une seul fente, comme ici, ce modèle ressemble à ceci. Il y a une grande tache lumineuse ici, au centre de l’écran, alignée avec la fente. Et puis au-dessus et au-dessous, il y a des points sombres, où l’intensité lumineuse est effectivement nulle. Mais alors au-dessus et au-dessous, il y a encore des points lumineux, mais pas aussi brillants que le point central. Cette motif de points alternés lumineux et sombres se poursuit. Ce que nous voyons à l’écran, c’est la figure de diffraction produit par l’onde passant par cette fente.

Nous voyons ici qu’une figure de diffraction est en effet créée lorsqu’il n’y a qu’une seul fente. Notez cependant que la réponse (A) indique qu’un modèle de diffraction n’est produit que s’il y a une seule fente. Mais en fait, si nous remplaçons notre fente unique par deux fentes proches l’un de l’autre comme ici, alors lorsque nos ondes passent à travers ces deux fentes, elles seraient diffractées ou se courberaient de même qu’elles interféreraient entre elles. Cette interférence conduit à une autre figure de diffraction sur l’écran différent du premier.

Nous voyons alors qu’une figure de diffraction est formé pour les ondes lorsqu’il y a une fente et lorsqu’il y en a deux. En fait, si nous continuons d’ajouter plus de fentes, les ondes de notre source passeront à nouveau à travers ces espaces, seront diffractées et interféreront. Encore une fois, sur notre écran, nous aurons un motif alternant points lumineux et points sombres : des points lumineux où la lumière interfère de manière constructive et des points sombres où elle interfère de manière destructive. Nous voyons alors que ce n’est pas vrai qu’une figure de diffraction n’est produite que s’il y a une ou deux fentes. Parallèlement à cela, nous voyons qu’il n’est pas nécessaire que le nombre de fentes soit égal à la longueur d’onde des ondes entrantes. Même sans connaître la longueur d’onde de ces ondes, nous savons que les fentes traversées par les ondes créeront des figures de diffraction.

Pour notre réponse, nous choisissons l’option (C). Pour les ondes entrantes incidentes sur une barrière avec un certain nombre de fentes, une figure de diffraction est produite par n’importe quel nombre de fentes.

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