Transcription de la vidéo
Laquelle des affirmations suivantes définit correctement ce que l’on entend par lumière incohérente ? (A) Deux ondes lumineuses ou plus sont incohérentes si elles ont des fréquences différentes ou des différences de phase non constantes. (B) Deux ondes lumineuses ou plus sont incohérentes si elles ont la même fréquence et des différences de phase constantes. (C) Deux ondes lumineuses ou plus sont incohérentes si elles ont des amplitudes différentes. (D) Deux ondes lumineuses ou plus sont incohérentes si elles ont à la fois des fréquences différentes et des amplitudes différentes. Ou (E) deux ondes lumineuses ou plus sont incohérentes si elles ont à la fois des amplitudes différentes et des différences de phase non constantes.
Afin de laisser de la place pour des schémas, nous allons couper la première partie de chaque question, qui est la même pour toutes. Maintenant, nous recherchons les propriétés qui rendraient deux ou plusieurs ondes lumineuses incohérentes. Les réponses qui nous sont données parlent de ces différentes propriétés, dont l’une est la fréquence, qui nous indique à quelle fréquence une onde oscille et peut également être considérée comme l’inverse de la longueur d’onde, avec des ondes de basse fréquence qui ont une grande longueur d’onde et des ondes de fréquence élevée qui ont une petite longueur d’onde.
Deux ondes lumineuses ou plus sont incohérentes si leurs fréquences ou leurs longueurs d’onde sont différentes. Donc, ces deux ondes ici, par exemple, sont incohérentes entre elles. Cependant, il est toujours possible que les ondes de même fréquence soient incohérentes entre elles en raison d’une différence de phase. Pour voir comment cela peut se produire, considérons ces trois ondes ici. Elles ont toutes la même fréquence, que nous connaissons parce qu’elles ont toute un cycle d’ondes complet sur la même période de temps. Malgré cela, ces trois ondes ne sont pas cohérentes entre elles en raison de leurs différences de phase.
Une différence de phase est une différence de forme d’onde entre plusieurs ondes au même instant. Les ondes un et deux commencent par monter, tandis que l’onde trois commence par descendre. Maintenant, si nous prolongions le début de l’onde trois, nous trouverions le même point que le début des ondes un et deux. La différence entre ce point et le point de départ réel de la troisième onde est d’environ un quart de la longueur totale de l’onde. C’est la différence de phase de la troisième onde. Lorsque nous la comparons à la deuxième ou à la première onde, la différence de phase d’une onde peut également être exprimée en degrés. Au lieu de dire un quart de la longueur d’onde complète, nous pouvons simplement dire 90 degrés. Et s’il n’y a pas de différence de phase, comme ce que nous voyons entre les ondes un et deux, alors cette différence de phase est de zéro degré.
Mais même s’il y a une différence de phase entre les ondes, cela ne signifie pas toujours qu’elles sont automatiquement incohérentes. Ce qui compte réellement, c’est s’il y a une différence de phase constante ou non constante. Pour voir ce que nous voulons dire, regardons les ondes deux et trois. Nous savons qu’elles ont une différence de phase d’un quart de longueur d’onde complète ou de 90 degrés les unes avec les autres. Mais ce qui importe n’est pas cette différence de phase initiale, mais si cette différence de phase est constante sur l’ensemble des deux ondes, ce qui signifie essentiellement que si les points initiaux de l’onde ont une différence de phase de 90 degrés, est-ce que tous les autres points au fil du temps ont également la même différence ?
Oui, lorsque vous avez deux ondes à fréquence constante, elles auront également une différence de phase constante à tous les instants. Donc, cela n’est pas vrai pour les ondes qui sont très irrégulières ou qui ne maintiennent pas une fréquence constante sur toute la durée pendant laquelle nous les mesurons. Mais les ondes deux et trois ont une fréquence constante, ce qui signifie qu’elles ont une différence de phase constante. Et lorsque deux ondes ont la même fréquence et une différence de phase constante, cela signifie qu’elles sont cohérentes entre elles, ce qui, puisque nous cherchons où les ondes sont incohérentes, exclut donc la réponse (B).
Mais ce n’est que pour deux ondes. Voyons maintenant ce que signifie une différence de phase constante, quand nous avons trois ondes. En ramenant l’onde une ici, qui avait la même fréquence que les ondes deux et trois, nous rappelons que la différence de phase entre les ondes un et deux est de zéro degré, ce qui est une différence de phase constante puisque ces deux ondes ont la même fréquence et sont cohérentes. Cependant, nous savons également que la différence de phase entre les ondes deux et trois est constante et de 90 degrés. Le zéro degré n’est pas égal à 90 degrés, ce qui signifie que si deux de ces ondes peuvent avoir une différence de phase constante, les trois ensemble ont une différence de phase non constante, ce qui signifie que même si elles ont toutes la même fréquence, elles sont incohérentes es unes avec les autres.
En effet, pour que deux ondes lumineuses ou plus soient cohérentes, elles doivent avoir la même fréquence et une différence de phase constante. Ce sont les deux seules exigences. Et notamment, l’amplitude ne joue pas un rôle dans la cohérence des ondes. Cela signifie qu’aucune des réponses impliquant l’amplitude ne peut être la bonne réponse. Donc, les réponses (C), (D) et (E) ne peuvent pas être correctes. Ainsi, pour que deux ondes lumineuses ou plus soient incohérentes, elles doivent avoir une fréquence différente ou une différence de phase non constante.
Ce « ou » est important car, comme nous l’avons vu, il est possible que deux ondes ou plus aient la même fréquence mais une différence de phase non constante entre elles. Ainsi, l’affirmation qui définit correctement ce que l’on entend par lumière incohérente est (A) deux ondes lumineuses ou plus sont incohérentes si elles ont des fréquences différentes ou des différences de phase non constantes.
