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Laquelle des affirmations suivantes décrit le mieux le résultat d’ondes traversant une fente ayant approximativement la même largeur que la longueur d’onde des ondes qui la traversent? (A) Aucun motif de diffraction n’est généré car les ondes ne traversent qu’une seule fente et il n’y a pas d’autres ondes avec lesquelles interférer. (B) Les ondes sont diffractées de part et d’autre de la fente et les ondes de chaque côté interfèrent les unes avec les autres, mais aucun motif de diffraction n’est généré car ces ondes sont toutes en phase les avec les autres. (C) Un motif de diffraction est généré parce que les ondes qui traversent la fente interfèrent avec d’autres ondes qui passent à travers la fente après elles. (D) Un motif de diffraction est généré parce que les ondes sont diffractées de part et d’autre de la fente et que les ondes de chaque côté interfèrent les unes avec les autres.
Dans cette situation, nous avons une série d’ondes. Et ici, nous représentons ces ondes en utilisant leurs fronts d’onde. Nous pouvons penser que chacune de ces lignes représente une crête ou un pic de l’onde. Et nous dirons que dans l’ensemble l’onde se déplace vers la droite. Nous pouvons alors penser à ces fronts d’onde comme se déplaçant dans cette direction, tous à la même vitesse. Ces ondes rencontrent alors une barrière qui comporte une ouverture. La taille de cette fente est à peu près la même que la longueur d’onde de l’onde, mesurée comme la distance entre les crêtes successives de ces fronts d’onde.
Lorsque l’onde atteint cette fente, il se produit quelque chose appelé diffraction. La diffraction est la courbure d’une onde autour d’un coin. Nous voyons ici qu’en raison de cette fente, nous avons un coin en haut et un coin en bas. Notre onde se pliera alors autour de chacun de ces coins. Et en conséquence, le front d’onde s’étale comme nous le voyons ici. D’ailleurs, lorsqu’une onde diffracte, cela ne change pas la longueur d’onde de l’onde. La distance entre les crêtes successives de notre onde est la même qu’auparavant. En raison de la diffraction cependant, l’onde se déplace maintenant dans des directions où elle n’allait pas auparavant.
Notre question nous interroge sur ce qu’on appelle un modèle de diffraction en ce qui concerne ce scénario ici. Disons que le type d’ondes auquel nous pensons ici sont des ondes lumineuses. Si tel est le cas, si nous accrochons un écran à une certaine distance de la fente, tout motif de diffraction formé sur cet écran serait une série de points lumineux et sombres qui s’alternent. Ce fait nous aide à voir qu’un modèle de diffraction repose en fait sur deux propriétés différentes des ondes. Il repose sur la propriété de la diffraction qui nous dit que les ondes se courbent lorsqu’elles se déplacent autour de coins, mais il repose également sur les interférences. L’interférence des ondes implique que différentes ondes peuvent se combiner de manière constructive pour s’additionner les unes aux autres ou se soustraire de manière destructive.
Sachant cela, en regardant nos deux dernières réponses, examinons les options de réponse (A) et (B). Libérons un peu d’espace pour résumer (A) et (B), le choix de réponse (A) dit que dans ce scénario, nous n’envisageons aucune forme de motif de diffraction à l’écran car il n’y a pas d’interférences des ondes. L’option de réponse (B) dit essentiellement que les ondes se diffractent et interfèrent, mais qu’aucun motif de diffraction ne se forme car les ondes sont toutes en phase les unes avec les autres. En revanche, nous voyons que les choix de réponse (C) et (D) prétendent qu’un motif de diffraction est généré.
Selon une théorie des ondes, tout point d’un front d’onde, littéralement n’importe quel point, peut être considéré comme une source d’ondes en soi. Lorsque les ondes sortent de ces sources ponctuelles, elles interfèrent en effet les unes avec les autres. En faisant cela, elles interfèrent parfois de manière constructive et parfois destructive. C’est-à-dire que toutes ces ondes ne sont pas en phase les unes avec les autres. Parce que les ondes ne sont pas toutes en phase, nous pouvons éliminer le choix de réponse (B). Et parce qu’il existe en fait des interférences d’ondes, nous pouvons également éliminer le choix de réponse (A). Par conséquent, il reste les choix de réponse (C) et (D). Et, en effet, un motif de diffraction est formé sur l’écran en face de notre fente. Ce motif ressemblera à ceci avec des points clairs et sombres en alternance.
La différence entre nos réponses restantes est que l’option (C) dit que le motif de diffraction est formé parce que les ondes qui traversent la fente interagissent avec d’autres ondes qui passent à travers la fente après elles. C’est un peu comme dire que ce front d’onde, qui a déjà traversé la fente, va éventuellement interférer avec ce front d’onde. Du point de vue du temps, nous ne nous attendons pas à ce que cela se produise. Il est vrai que la lumière dans les fronts adjacents, disons ces deux fronts ici, aura une chance d’interférer l’une avec l’autre. Mais cela ne signifie pas que les ondes séparées par une grande durée lorsqu’elles traversent la fente vont interférer.
En revanche, le choix de réponse (D) indique qu’un motif de diffraction est généré parce que les ondes sont diffractées de chaque côté de la fente et que les ondes de chaque côté interfèrent les unes avec les autres. Il est vrai que les ondes sont diffractées de part et d’autre de la fente. Et comme nous le voyons à partir de ces sources d’ondes ponctuelles, selon notre modèle d’onde, les ondes de chaque côté de la fente interfèrent. Notez que ces sources d’onde, parce qu’elles se trouvent sur le même front d’onde, ont toutes traversé la fente au même moment. À tout instant donné, nous nous attendons à ce que le modèle de diffraction sur notre écran montre le résultat de la diffraction et des interférences pour un front d’onde donné après son passage à travers la fente. C’est-à-dire que les ondes de chaque côté de l’onde interfèrent effectivement entre elles, ce qui génère le motif de diffraction.
Puisque notre question nous demande d’identifier l’explication la plus correcte de ce qui se passe lorsqu’une onde passe par une fente comme celle-ci, nous pouvons éliminer le choix de réponse (C), qui parle des ondes à différents moments, et choisir la réponse ( D). Lorsque les ondes passent à travers une seule fente approximativement de la même largeur que la longueur d’onde des ondes, un modèle de diffraction est généré car les ondes sont diffractées de chaque côté de la fente et les ondes de chaque côté interfèrent entre elles.
