TS-TP P11.2 Étude d`interférences grâce à un APN

Tale S
www.pichegru.net
2015
TP P11B : Étude du phénomène d’interférence grâce à un apn
Compétence(s)
Mettre en œuvre un protocole expérimentale utilisant un capteur (caméra ou APN) pour étudier un phénomène optique.
Pratiquer une démarche expérimentale visant à étudier quantitativement le phénomène d’interférence dans le cas des ondes lumineuses.
L’outil informatique associé à un capteur numérique d’images, comme
par exemple un appareil photo numérique ou une caméra numérique,
peut permettre l’étude de phénomènes physiques, notamment pour
l’étude de mouvements filmés puis traités avec un logiciel de pointage
du type Généris, mais aussi pour l’étude de phénomènes optiques. On se
propose ici d’étudier le phénomène d’interférence à l’aide d’un appareil
photo numérique. Pour cela, on utilise le montage ci-contre.
Travail demandé
Réalisation de la photo
Prenez une photo de la figure d’interférence obtenue sur l’écran
transparent, pour le laser rouge (λ = 632,8 nm) et le laser vert (λ = 532
nm).
- Veillez à bien aligner l’axe optique de la lentille de l’appareil photo
avec le faisceau laser, pour limiter l’effet des déformations
géometrique.
- Sous-exposez fortement la photo. Le motif lumineux ne doit pas
saturer le capteur.
Laser
Double fentes
Écran en papier
diffusant
Exploitation
APN
En utilisant les fonctionnalités du logiciel SalsaJ, vous devez :
1. Tracer la fonction montrant l’intensité lumineuse selon une droite
perpendiculaire aux franges d’interférence.
Au début de l’année, nous avons vu qualitativement le phénomène
d’interférence des ondes lumineuses. L’interfrange (distance entre deux
maxima ou minima lumineux consécutifs) dépend d’un certain nombre
de facteurs tels que l’écartement des deux fentes, la distance entre les
fentes et l’écran ainsi que la longueur d’onde de la lumière utilisée.
Exemple de courbe obtenue à partir de la figure d’interférence du
laser vert.
Problématique
L’interfrange i est-il proportionnel à la longueur
d’onde λ de la lumière utilisée ?
Matériel disponible
• Le matériel pour réaliser le montage ci-dessus.
• Un appareil photo numérique (APN) reflex.
• Un ordinateur avec le logiciel d’analyse d’image SalsaJ
2. Mesurer le plus précisemment possible la valeur de l’interfrange dans
les deux cas.
Il faut mesurer le plus d’interfranges possible.
Pour le laser vert, i = 27,4 pix environ
Pour le laser rouge, i = 32,6 pix environ
3. Montrer que ces valeurs sont compatibles avec une relation de
proportionnalité entre l’interfrange i et la longueur d’onde λ du laser.
L’interfrange dans le cas du laser rouge est 70/59 = 1,190 fois plus
large que dans le cas du laser vert.
Le laser rouge a une longueur d’onde 632,8/532 = 1,189 fois plus
grande.
On voit donc, aux incertitudes de mesure près, que la différence de
longueur d’onde est la même que la différence de taille d’interfrange
Synthèse
Quel est l’interêt d’utiliser un appareil photo numérique pour répondre à
la problématique ?
L’APN permet d’avoir une grande précision de mesure des
interfranges d’une part, et de pouvoir traiter numériquement la
figure d’interférence obtenue, ce qui améliore encore la précision.
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