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L'Expérience des Fentes de Young : Une Preuve de la Nature Ondulatoire de la Lumière
Explorez l'expérience des fentes de Young, une démonstration classique des interférences lumineuses. Comprenez comment cette expérience a contribué à établir la nature ondulatoire de la lumière et comment elle illustre les principes de superposition et de différence de marche.
Le Dispositif Expérimental
L'expérience des fentes de Young, réalisée initialement par Thomas Young au début du 19ème siècle, consiste à éclairer un écran percé de deux fentes fines (très proches l'une de l'autre) avec une source de lumière cohérente (par exemple, un laser). La lumière passant à travers les fentes se propage ensuite vers un second écran, où l'on observe un motif particulier.
La Formation des Franges d'Interférence
Si la lumière se comportait uniquement comme un flux de particules, on s'attendrait à voir seulement deux taches lumineuses sur l'écran, correspondant aux deux fentes. Cependant, on observe une série de franges, des bandes alternativement brillantes et sombres, régulièrement espacées. Ces franges sont le résultat des interférences entre les ondes lumineuses issues des deux fentes.
Aux endroits où la différence de marche entre les ondes issues des deux fentes est un multiple entier de la longueur d'onde, l'interférence est constructive et l'on observe une frange brillante. Aux endroits où la différence de marche est un multiple impair de la demi-longueur d'onde, l'interférence est destructive et l'on observe une frange sombre.
Calcul de l'Interfrange
La distance entre deux franges brillantes (ou deux franges sombres) consécutives est appelée interfrange, notée i. Elle peut être calculée à l'aide de la formule suivante :
i = (λD) / a
où :
- λ est la longueur d'onde de la lumière utilisée.
- D est la distance entre les fentes et l'écran.
- a est la distance entre les deux fentes.
Implications et Interprétation
L'expérience des fentes de Young apporte une preuve irréfutable de la nature ondulatoire de la lumière. Elle démontre que la lumière peut interférer, un comportement caractéristique des ondes. De plus, elle permet de mesurer la longueur d'onde de la lumière avec une grande précision.
Cette expérience a eu un impact considérable sur le développement de la physique moderne, confirmant les théories ondulatoires de la lumière et ouvrant la voie à de nouvelles découvertes dans le domaine de l'optique et de la physique quantique.
Ce qu'il faut retenir
FAQ
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Que se passe-t-il si on utilise de la lumière blanche au lieu d'une lumière monochromatique dans l'expérience des fentes de Young ?
Avec de la lumière blanche, on observe une frange centrale brillante blanche, entourée de franges iridescentes (colorées). Chaque couleur composant la lumière blanche a une longueur d'onde différente, ce qui entraîne des interfranges différents et donc des motifs colorés. -
Est-ce que l'expérience des fentes de Young fonctionne avec d'autres types d'ondes, comme les ondes sonores ?
Oui, le principe de l'expérience des fentes de Young s'applique à tous les types d'ondes, y compris les ondes sonores. En utilisant deux haut-parleurs émettant un son cohérent, on peut observer des zones d'interférence constructive (son fort) et destructive (son faible).