🔦 La diffraction : la lumière qui contourne
On t'a toujours dit que la lumière va tout droit ? Rétrécis la fente et regarde-la désobéir : au lieu de passer sagement, elle s'étale en éventail et dessine des franges sur l'écran. Plus le trou est petit, plus elle se rebelle. Change de couleur, recule l'écran, et mesure la tache centrale comme au laboratoire.
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- À gauche, après la fente, les fronts d'onde deviennent des arcs de cercle : chaque point de la fente réémet une petite onde (principe de Huygens-Fresnel).
- Plus la fente est étroite, plus l'onde s'étale : quand a devient comparable à λ, elle repart presque dans toutes les directions. Quand a ≫ λ, elle passe pratiquement tout droit.
- Sur l'écran, la tache centrale est deux fois plus large que les taches secondaires, qui sont beaucoup moins lumineuses. Entre elles, des zones d'extinction.
- À fente égale, la tache est plus large en rouge qu'en bleu, car la longueur d'onde du rouge est plus grande.
- Simplifications : dans la vue de gauche, λ est très exagérée par rapport à la fente. L'écran est calculé exactement (diffraction de Fresnel), ce qui redonne la figure en sinc² quand D ≫ a²/λ.
Expériences à faire
- Divise la largeur de la fente par 2 : que devient la largeur de la tache centrale ?
- Recule l'écran de 1 m à 2 m : la tache s'élargit-elle ? L'angle θ change-t-il ?
- Garde la figure en rouge (📌), passe au bleu : de combien la tache rétrécit-elle ?
- Avec une fente de 2 mm, passe l'écran en zoom : reconnais-tu simplement l'ombre de la fente ?
La physique derrière l'animation
- La diffraction est l'étalement d'une onde qui rencontre une ouverture ou un obstacle de petite taille. Elle est marquée quand la taille a de l'ouverture est de l'ordre de λ ou quelques centaines de λ.
- Demi-angle de la tache centrale (écart angulaire entre le centre et la première extinction) : θ ≈ λ / a, en radian, pour θ petit.
- Sur un écran à la distance D, la largeur de la tache centrale vaut L = 2 D tan θ ≈ 2 λ D / a.
- Intensité à grande distance (Fraunhofer) : I(θ) = I0 × sinc²(π a sin θ / λ), avec sinc(x) = sin(x)/x ; les extinctions sont en a sin θ = k λ (k entier non nul).
- Quand a² / (λ D) devient grand, la diffraction devient négligeable : on retrouve l'optique géométrique et l'ombre nette de la fente.
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