Diffraction à travers une seule fente
La diffraction se produit également lorsqu’une onde traverse un espace (ou une fente) dans une barrière. Ceci est montré dans les deux animations ci-dessous. La différence entre les films est la taille de l’écart.
Lorsque la taille de l’espace change, comment cela affecte-t-il la diffraction des ondes? Quand la diffraction maximale se produit-elle? (Pensez à vos découvertes précédentes sur la diffraction du son autour d’un obstacle).
Lorsque la largeur de l’espace est supérieure à la longueur d’onde (film du bas), l’onde traverse l’espace et ne s’étale pas beaucoup de l’autre côté. Lorsque la taille de l’espace est inférieure à la longueur d’onde (film du haut), il se produit plus de diffraction et les ondes se propagent considérablement – les fronts d’onde sont presque semi-circulaires.
Le principe de Huygen
Une façon d’expliquer les effets de la diffraction est d’utiliser une méthode mathématique inventée par le physicien du 17ème siècle Christiaan Huygens.
Huygens a soutenu qu’un front d’onde pouvait être modélisé comme une série d’ondelettes. Une ondelette peut être décrite comme une onde circulaire tout comme l’ondulation que vous obtiendrez en laissant tomber un petit caillou dans un étang. Ces ondelettes se superposent et interfèrent pour former des fronts d’onde plus compliqués. Par exemple – si vous laissiez tomber un certain nombre de cailloux en ligne droite, le tout en une seule fois exactement au même moment, un front d’onde droit (dans le plan de la science) serait créé. La vidéo ci-dessous montre comment vous pouvez utiliser cette méthode pour déterminer comment les fronts d’onde sont modifiés par une fente.
Diffraction À travers deux fentes
Expérience de Young
Jusqu’à présent, nous n’avons considéré que le cas d’une seule fente ou espace pour le passage de l’onde. Que se passe-t-il s’il y a deux fentes ou plus? Nous nous retrouverons avec deux ondes diffractantes ou plus, que nous pourrions nous attendre à interférer les unes avec les autres.
Ci-dessous est une simulation de diffraction à travers deux fentes. L’expérience porte le nom du gars qui l’a réalisée en premier – l’expérience à double fente de Young. Regardez ce qui se passe à droite des fentes. Y a-t-il un modèle? Qu’est-ce qui crée cela? L’amplitude est-elle plus grande à certains endroits que d’autres?
À droite des fentes, les vagues interfèrent les unes avec les autres. En fait, vous pouvez générer les mêmes motifs en plaçant deux sources où se trouvent les fentes. Le son à travers chaque fente diffracte et rayonne un peu comme deux sources ponctuelles. Ainsi, les motifs que vous observez sont très similaires à ceux de deux sources dont le rayonnement d’onde interfère ensemble. Vous voudrez peut–être jeter un autre coup d’œil aux pages sur les interférences – toutes les formulations et tous les concepts sont applicables à l’expérience de Young à double fente. Cette vidéo ci-dessous montre bien cela en utilisant des vagues d’eau sur un étang.
Réfléchissez–y – si nous avons affaire à l’interférence de deux sources, il y aura des endroits où les ondes sont en phase et provoquent des interférences constructives, et d’autres endroits où les ondes sont déphasées et interfèrent de manière destructive. Dans un exemple audio, les deux fentes pourraient être remplacées par deux haut-parleurs, et les maxima et les minima de la superposition d’ondes correspondraient alors à des emplacements de volume et de calme.
Nous entendions ces zones bruyantes / calmes les unes après les autres alors que nous nous déplacions en arc de cercle devant les haut–parleurs – on les appelle les franges de Young. Si l’expérience est réalisée à l’aide d’ondes lumineuses, vous obtenez des emplacements lumineux pour les interférences constructives et des emplacements sombres pour les interférences destructives. Young a utilisé cette expérience pour mesurer la longueur d’onde de la lumière.
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