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Interférences, type BAC

Posté par
colducrane
21-10-12 à 16:05

Bonjour à tous alors voilà j'ai un DM à rendre dans la semaine qui arrive, DM que j'ai presque terminé, il ne me reste plus que cet exercice sur lequel je bute réellement, un exercice type BAC.

Il y a deux documents : Le 1 est une photographie d'un interféromètre de Michelson vue de dessus, mais cela ne nous servira à rien dans cet exo.
Le second est un texte, le voici :
L'interféromètre mis au point par Michelson fut utilisé en 1887 pour monter l'invariance de la célérité de la lumière dans un changement de référentiel, invariance qui constitue l'un des postulats de la relativité restreinte énoncée par Einstein en 1905.
Un interféromètre de Michelson est composé de deux miroirs plans M1 et M2, orthogonaux et d'une lame séparatrice semi-réfléchissante S inclinée à 45° par rapport aux plans des miroirs.
Le faisceau lumineux monochromatiques de longueur d'onde émis par une source vient frapper la lame semi-réfléchissante au point B.
Les faisceaux transmis ou réfléchis par S arrivent sur les miroirs sous incidence normale aux points notés A1 et A2.
A la sortie du dispositif, deux faisceaux parallèles, qui ont parcouru des trajets différents, peuvent interférer : leur état d'interférence est contrôlé par un photo-capteur relié a une chaîne électronique de comptage. On suppose que les faisceaux transmis ou réfléchis ont la même intensité.

Voici le texte, il est accompagné d'un petit schéma que vous pouvez retrouver sur ce lien :

Interférences, type BAC

Et voici la 1ère questions :
a) Exprimer la différence de marche entre les deux faisceaux qui interfèrent depuis leur séparation en B sur la lame S jusqu'à leur retour en ce point.
On pose L1 = BA1 et L2 = BA2

J'avoue ne pas très bien avoir compris le schéma, je n'arrive pas à bien visulaliser où sont les faisceaux

Voilà merci à vous !

Edit Coll : image placée sur le serveur de l' Merci d'en faire autant la prochaine fois !     

Posté par
colducrane
re : Interférences, type BAC 21-10-12 à 16:15

Bonjour Coll, c'est parce que j'ai lu dans les règles que l'on ne pouvait pas scan des sujets originaux donc j'ai préféré le faire via un lien ^^

Merci

Posté par
wizwiz
Rappel 06-11-12 à 10:54

Bonjour, est-ce que quelqu'un a toujours besoin d'aide sur ce sujet ?
Merci

Posté par
grenouilledu73
Aide 06-11-12 à 14:01

Bonjour,
Je cherche à exprimer la différence de marche obtenue en fonction d'un décalage e du miroir M2.
Si quelqu'un pourrait me donner une piste, il serait le bienvenue...
merci

Posté par
wizwiz
re : Interférences, type BAC 06-11-12 à 15:09

Bonjour,
Tout d'abord commence par exprimer ta différence de marche : la formule de calcul simple.

La différence de marche dépend en effet de la position de M2, essaye ensuite de déterminer les différents cas : dans l'énoncé, il est supposé que L1 = L2 de là tu peux déjà exprimer une différence de marche et puis il existe un autre cas ce qui implique une autre différence de marche ! De plus tu peux également déduire du schéma que le miroir ne peut bouger que dans un sens ce qui te donne un signe et va t'aider dans une expression.
Voila si je peux encore t'aider n'hésite pas.

Posté par
grenouilledu73
re : Interférences, type BAC 06-11-12 à 15:15

Je sais que δ=L1-L2 c'est ca?

Quand on suppose que L1=L2 alors j'ai une différence de marche nulle si ma formule de départ est juste
Je ne vois pas de quel autre cas vous parlez, le cas où on fait bouger le miroir?
Oui dans le schéma je vois que le miroir ne peut être décalé que vers l'arrière... Ce qui fait que la nouvelle distance vaut L2+e avec e le décalage ?

Posté par
wizwiz
re : Interférences, type BAC 06-11-12 à 15:30

Oui c'est exacte la formule est bien : delta (afin de ne pas s'embrouiller avec d pour distance), delta = abs ( L1 - L2)

Il est en effet juste de dire que le miroir ne se décale que dans un sens, vous avez raison de dire qu'il ne va qu'en arrière ce qui implique qu'un mouvement de M2 (M1 étant fixe) ne peut qu'augmente la distance L2 donc que delta est strictement positif. De plus on remarque sur le schéma que les faisceaux du point B à M2 ou B à M1 font un aller retour : dans le cas ou L1 = L2 cela a peu d'importance car les miroirs sont équidistants mais reste plus correct lors de la rédaction. Cependant dès lors qu'un miroir est bougé alors L2 augmente.

De la on distingue deux cas :
- L1 = L2, on a delta = abs ( 2*L1 - 2*L2) = 0

- L1 =/= L2 alors on a delta = abs ( 2*L1 - 2*L2) soit delta = abs (2 (L1 - L2)) car L2 > L1
maintenant si l'on fait bouger le miroir M2 d'une distance e comme vous le remarquer à votre avis d'après les formules précédemment trouvées que vaut la différence de marche ?

Posté par
grenouilledu73
re : Interférences, type BAC 06-11-12 à 15:44

D'accord j'ai compris merci!

Donc en faisant bouger le miroir M2 d'une distance e on obtient:

-dans le cas où L1=L2, delta= 2*L1-2*(L2+e)
                donc   delta= abs (2*(L1-L2+e))

-dans le cas où L1 =/= L2, delta = abs (2 (L1 - L2+e))

C'est ça?

Posté par
wizwiz
re : Interférences, type BAC 06-11-12 à 15:53

Oui c'est exact à par que le cas L1 =/= L2 n'est pas utile puisque l'énoncé ne se place que dans le cas L1 = L2 ce qui vous donne :

- cas L1 = L2,

delta = abs ( 2 (L1 - (L2+e))
      = abs ( 2L1 - 2L2 - 2e) or on a L1 = L2
      = abs (- 2e)
      = 2e

Voila votre différence de marche lorsque M2 est déplacé, avez vous d'autres questions pour cet exercice ?

Posté par
grenouilledu73
re : Interférences, type BAC 06-11-12 à 16:18

Merci beaucoup
Oui j'ai une autre question, mais je m'en suis sortie grâce à vous, merci de votre aide!

Posté par
wizwiz
re : Interférences, type BAC 06-11-12 à 16:19

De rien n'hésiter pas à revenir si vous avez un problème sur cet exercice

Posté par
ayomara
re : Interférences, type BAC 09-11-12 à 14:00

Bonjour à tous ,
si ca ne vous derange pas , j'aurais une autre question :
comment peut on savoir si le photocapteur enregistre une plage sombre ou une plage brillante ( L1=L2)
??

Merci de m'aider à comprendre cette question

Posté par
Michiiii
re : Interférences, type BAC 09-11-12 à 16:50

Salut,
tu calcules la différence de marche delta, tu trouveras 0.
Comme delta = 0, on peut dire que l'interférence est constructive, donc plage brillante.
Corrigez-moi si je me trompe ? En plus dans certains cas, l'interférence peut être destructive à k=0...comment savoir alors si c'est constructif ou destructif ?

Posté par
ayomara
re : Interférences, type BAC 09-11-12 à 16:53

Helloo
Oui , javais calcule delta mais je ne suis pas sur que à k=0 on peut dire quil sagit dune interference constructive ???
peut etre que oui peut etre que nan !!! :/
Quelqu'un confirme?

Merci beaucoup d'avance

Posté par
Michiiii
re : Interférences, type BAC 09-11-12 à 19:21

Re salut !
Tout d'abord, merci à wizwiz pour l'aide de cet exercice, j'ai bien compris maintenant la différence de marche lorsque l'on recule M2 ^^
par contre j'ai une question sur ce même exercice :
L'énoncé dit : On recule le miroir M2 d'une distance d. Quand le m. s'immobilise, le photocapteur détecte une plage brillante et le compteur a enregistré 526 plages sombres. Déterminer la différence de marche.
ca je l'ai déjà fait (delta = 2d), par contre je me demande à quoi sert la donnée "526 plages sombres" ? à trouver k ?
Puis on nous demande :  En déduire la longueur d'onde de la lumière émise par la source sachant que le miroir a été reculé de d=0,150 mm. Il faut donc faire lambda = delta/k. Mais combien vaut k ? Se réfère-t-il au 526 plages sombres ? Etant donné que ça ne peut pas être 0 puisque l'on ne peut pas diviser par 0, comment calculer lambda ?
Merci de votre aide !

Posté par
Michiiii
re : Interférences, type BAC 09-11-12 à 19:52

Salut !
Etant donné que je ne peux pas éditer mon précédent message, j'ai décider de le compléter par un second post :
j'ai essayé de calculer lambda = delta/k et en utilisant k = 527. J'ai bien réfléchi sur la donnée "526 plages sombres", et je me suis dit que si le photocapteur a détecté 1 plage brillante après 526 plages sombres, la brillante devrait être la 527e.
Après je ne suis pas sûre, mais comme j'ai fait 3,00.10-4/527, ça m'a donné 5,69.10-7 m, ce qui semble être très cohérent comme résultat, lambda = 570 nm.

Merci de vérifier le résultat !

Posté par
ayomara
re : Interférences, type BAC 10-11-12 à 23:15

Helooo ,
oui ton résultat semble très cohérent même !!! Mais cela voudrait dire qu'il n'y a qu'une seule plage brillante pour 526 plages sombres ?!

Et , finalement tu crois que le photocapteur enregistre une plage sombre ou brillante ? je ne sais toujours pas le justifier ... :/
Si vous pouvez m'aidez à comprendre ca serait gentil

Posté par
wizwiz
re : Interférences, type BAC 12-11-12 à 20:50

Bonjour à tous, en fait pour vos questions je pense que les réponses seraient :

- Si L1 = L2 alors les faisceaux se rejoignent en même temps sur le capteur : la différence de marche ne peut donc être que nulle ce qui permet de dire que les ondes sont en phase, les interférences observées sont donc constructives. ( Rq : il en serait évidemment de même si la différence de marche était égale à un nombre entier de longueur d'onde, en effet delta > 0 si delta = k* avec ici on se place dans un cas où les faisceaux ont la même distance à parcourir pour atteindre le capteur donc k = 0 )

- Le fait de dire qu'il y a 526 plages sombres permet en fait de déterminer puisque calculer une différence de marche entre deux plages brillantes et deux plages sombres équivaut à calculer la même chose.
De la si on choisit d = 0.150 mm, on a :

delta = k * soit = delta / k or delta = 2e donc on a la formule suivante  :
= 2e / k

ensuite s'il y a 526 plages sombres, il y a effectivement et logiquement 527 plages lumineuses (ici on voit effectivement qu'il est logique de dire qu'il y a 527 plages lumineuses mais un énoncé précis voudrait qu'il y ait le même nombre de plages sombres et lumineuses par exemple si l'on veut montrer que l'interfrange calculée pour 526 plages sombres est la même que celle pour 526 plages lumineuses, on ne peut diviser par 527 puisque cela modifie le calcul mais donne la même réponse avec les chiffres significatifs, dans cet exercice je pense que cela a peut d'importance)

Pour calculer cette fameuse longueur d'onde, il suffit d'appliquer la formule précédemment trouvée :
= 2e / k = 2 * 0.150*10-3/ 527 = 0.300*10-4/527 = 5.70 * 10 -7 soit 570 nm

et voila ^^

Posté par
Ushuo
re : Interférences, type BAC 14-12-13 à 23:41

Est-ce que quelqu'un pourrait m'expliquer pourquoi k=527 ?
Merci



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