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Fentes de Young

Posté par
James007
19-10-14 à 21:16

Bonsoir, j'ai un devoir maison de physique composé de trois exercices. Je ne m'en sors pas trop... voici le troisième exercice :

On fait passer un faisceau laser par un système de fentes de Young (2 fentes).
On obtient, en vraie grandeur, la figure ci-dessous sur un écran placé à 5 m de là.
Sachant que les deux fentes sont séparées de 0,4 mm, déterminez :
- la longueur d’onde du laser utilisé
- la largeur des fentes.

Mes réponses :
On a la formule L = (2D)/a
Ici D=5m.
a=0,4mm ?
Après je ne sais pas trop comment faire le lien...
Pouvez-vous m'aider svp ? Merci d'avance.

Fentes de Young

Edit Coll : image recadrée

Posté par
prbebo
Fentes de Yoing 19-10-14 à 22:21

Bonsoir James007, et bonsoir Coll !

D'où vient le 2 de ta relation exprimant L ? Cette quantité L exprime la distance séparant deux franges lumineuses (ou taches ici), ou aussi celle entre deux zones sombres encadrant deux taches brillantes. Elle s'appelle "interfrange" et est toujours nommée i.
La relation liant l'interfrange i, la distance a séparant les deux fentes de Young, la distance D où on place l'écran d'observation et la longueur d'onde de la source monochromatique est i = D/a, dont on tire = a.i/D. Avec a = 0,4 mm et D = 5 m, ceci s'écrit = 8.10-5.i. Il ne te reste plus qu'à mesurer i sur tes figures pour en déduire la longueur d'onde. Si tu exprime i en mm, tu obtiendras la valeur de en mm (mais je ne te le conseille pas, car dans le domaine visible celle-ci est comprise entre 400 et 800 nm, sachant qu'un mm vaut 1000 nm).

Ca ira ?

Prbebo.

Posté par
James007
re : Fentes de Young 19-10-14 à 22:25

Ah oui d'accord. Merci beaucoup pour votre explication qui m'a permis de comprendre. Bonne soirée.

Posté par
prbebo
Fentes de Young 19-10-14 à 23:46

James007,

il y a une erreur grossière dans mon post de 22h21 : 1 mm, ça fait 1000 micromètres, et donc 1 000 000 de nanomètres (106 nm, et non 1000 comme je l'ai dit plus haut...) Peut-être l'as-tu vu ?
En tout ca la relation que je t'ai donnée, = 8.10-5.i est correcte. Un exemple : supposons que tu mesures i = 5 mm : dans ce cas 5 mm = 5.106 nm, et on obtient alors .8.10-5 x 5.106 = 400 nm.

Bonne fin de soirée, et si tu as des questions n'hésite pas.

Prbebo.

Posté par
James007
re : Fentes de Young 20-10-14 à 10:48

Ah oui, j'avais remarqué. Encore merci pour vos explications.
Par contre, j'ai posté 2 autres exercices sur le forum, pouvez-vous y jeter un oeil si vous avez le temps ?
Bonne journée.

Posté par
James007
re : Fentes de Young 20-10-14 à 15:22

J'obtiens 600nm pour lamba.
Ensuite pour calculer la largeur des fentes, il faut utiliser la formule L=2D /a ? Mais en mettant toutes les mesures en mm, j'obtiens 1,5x10^-5 mm = 15 nm. Est-ce juste ?

Posté par
prbebo
Fentes de Young 20-10-14 à 16:44

Non, c'est bien trop petit ! N'oublie pas que la largeur de l'ouverture de diffraction (fente ou trou, en TS on ses limite aux fentes) doit être plusieurs centaines de fois la longueur d'onde du rayonnement utilisé : plus cette ouverture est petite, plus le phénomène de diffraction doit être pris en compte, mais on ne peut pas descendre en-dessous d'une limite dont je viens de te donner l'ordre de grandeur. En particulier, on ne peut en aucun cas envisager un e largeur de fente du même ordre de grandeur que la longueur d'onde, car la théorie qui a permis d'établir les relations figurant dans ton cours n'est plus applicable.
En gros, pour une longueur de 600 nm, la largeur de la fente diffractante doit valoir au moins 100 micromètres, mais sûrement pas 15 nm (en continuant la lecture de ce post, tu verras que la bonne valeur est en effet 100 micromètres...).

Regarde la figure ci-dessous : connaissant la longueur d'onde que tu m'as donnée (600 nm), j'ai pu recalculer l'interfrange i, et j'ai trouvé i = 7,5 mm. Comme les figures que tu donnes n'ont pas d'échelle de mesure, je me sers de i pour calculer la largeur de la tache de diffraction : j'obtiens en gros d = 8i soit 60 mm.
Maintenant, dans le cours on définit l'écart angulaire entre le centre de la tache et l'un de ses bords. Le cours dit que cet écart est égal à /a', en appelant a' la largeur de la fente diffractante (dans les notations, il faut distinguer la lettre a qui en interférences désigne l'écartement des deux fentes, et la même lettre a qui, en diffraction, désigne la largeur de l'une de ces fentes... et que donc j'appelle a' pour les différencier).

Or cet écart angulaire est facile à calculer : ma figure montre que = (d/2) / D, où D est la distance séparant le plan des fentes de l'écran d'observation. Avec d = 60 mm et D = 5 m, on obtient = 6 x 10-3 radians.

Finalement, la largeur des fentes vaut a' = / = 600 / (6 x 10-3) soit 100 000 nm, ou 0,1 mm. C'est plus réaliste que ton résultat !

Si tu as des questions n'hésite pas.

Fentes de Young

Posté par
James007
re : Fentes de Young 20-10-14 à 17:31

Ah oui, c'est tout de suite plus clair. Merci de m'avoir consacré un peu de votre temps.



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