QCM : Interférences lumineuses et spectres — 11 questions

Explication

Thomas Young est crédité de la formule δ = ax/D, qui exprime la différence de marche pour l'interférence de fronts d'onde issus de deux sources cohérentes, dans le contexte de ses expériences sur la diffraction et l'interférence. Cette formule est une étape fondamentale dans l'étude expérimentale de l'interférence et de l'influence de la forme et de la position des obstacles ou sources.

Explication

Un déplacement latéral de la source dans le dispositif de Young entraîne un déplacement inverse de la figure d’interférence, selon la relation x₀ = - (D/d) × x_S, où x_S est le déplacement de la source. Par conséquent, la figure d’interférence se déplace dans la direction opposée au déplacement de la source, ce qui correspond à la réponse 2. La réponse 0 est incorrecte car la figure ne se déplace pas dans la même direction que la source, mais dans la direction opposée. La réponse 1 est incorrecte car la figure n’est pas immobile. La réponse 3 est incorrecte car le déplacement de la source ne modifie pas simplement le contraste, mais déplace la figure dans une direction opposée.

Explication

La publication de l’observation expérimentale significative de franges d’interférence cohérentes à partir d’une source monochromatique a été faite par Thomas Young en 1801, mais la validation expérimentale et la publication scientifique de ces observations ont été approfondies et diffusées notamment dans la seconde moitié du XIXe siècle. La date 1861 correspond à une période où de nombreux travaux expérimentaux ont confirmé et détaillé la nature ondulatoire de la lumière et la visualisation de ces franges. La proposition la plus précise ici est 1861, qui correspond à une période clé dans la diffusion et la confirmation expérimentale de ces phénomènes. Les autres dates, 1849, 1895, 1910, sont soit trop précoces pour la publication des observations modernes, soit postérieures à cette période fondamentale.

Explication

Le brouillage des franges avec une lumière blanche provient principalement de l'élargissement spectral du source, qui diminue la cohérence temporelle et empêche la superposition cohérente des différentes longueurs d'onde, brouillant ainsi le motif d'interférence.

Explication

La différence de marche est une grandeur géométrique qui quantifie le déphasage entre deux ondes en un point donné, dépendant de paramètres précis comme la distance entre trous, la position sur l'écran, et la distance à la source. La forme et la position des obstacles, en revanche, modulent la configuration spatiale du motif d’interférence, influençant la visibilité, la position et la forme des franges, mais n'altèrent pas directement la définition ou le calcul de la différence de marche.

Explication

La source ponctuelle monochromatique fournit une lumière cohérente, essentielle pour produire des franges d’interférence nettes, en assurant une cohérence spatiale et temporelle optimale. Elle ne sert pas principalement à augmenter la luminosité totale, réduire la diffraction ou modifier la longueur d’onde, mais à garantir la visibilité claire du motif d’interférences.

Explication

La largeur spectrale de la source détermine sa cohérence temporelle. Un spectre étroit (mono- ou quasi-monochromatique) permet une bonne cohérence, donc des franges nettes, tandis qu’un spectre large brouille ou diminue la visibilité des franges en raison de la superposition de plusieurs longueurs d’onde avec des interfranges différentes.

Explication

La zone où l’on peut observer des interférences est limitée par la diffraction, qui détermine la limite spatiale du champ d’interférence. La position et la taille de cette zone dépendent des paramètres géométriques, comme la distance D, l’écart entre les trous, et la forme des obstacles.

Explication

Le montage de Fraunhofer a été développé et décrit pour la première fois par Joseph von Fraunhofer vers 1824, dans le cadre de ses études sur les spectres et la diffraction. Cette technique permet de réaliser des observations d'interférences dans des conditions d'observation à distance, ce qui a marqué une étape importante dans l'expérimentation optique.

Explication

L'interfrange est la distance entre deux franges successives de même nature (brillante ou sombre), et sa formule dans l'expérience de Young est i = λ₀ D / a. Elle correspond à la périodicité spatiale du motif d'interférence, reliant la longueur d’onde, la distance à l’écran, et l’écart entre les sources.

Explication

L'élargissement spectral d'une source entraîne une diminution de la cohérence temporelle, ce qui brouille ou réduit le contraste des franges d'interférence. La superposition de plusieurs longueurs d'onde avec des interfranges légèrement différentes provoque un brouillage, sauf en leur centre où toutes interfèrent constructivement.