QCM : Principes de la diffraction et des interférences lumineuses — 12 questions

Explication

La diffraction est définie comme la modification de la trajectoire d'une onde lorsqu’elle rencontre un obstacle ou une ouverture de taille comparable ou inférieure à sa longueur d’onde λ, sans modification de ses propriétés fondamentales comme la fréquence ou la vitesse.

Explication

Perroux est l’auteur mentionné dans le contenu qui a défini la diffraction comme apparaissant lorsque la dimension de l’ouverture a est du même ordre ou inférieure à λ. Les autres auteurs sont liés à d’autres travaux en ondulatoire mais ne sont pas cités dans ce contexte précis.

Explication

Les interférences ondulatoires ont pour rôle de produire des figures d’interférences régulières, comme les franges lumineuses ou acoustiques, ce qui permet d’étudier la cohérence, la phase et la nature ondulatoire des phénomènes. Les autres options ne décrivent pas leur fonction principale.

Explication

L’expérience de Young, qui a permis la première démonstration claire des interférences lumineuses et donc la preuve de la nature ondulatoire de la lumière, a été réalisée en 1801. Cette date marque une étape fondamentale dans l’histoire de la physique, en établissant expérimentalement que la lumière peut produire des phénomènes d’interférences, caractéristiques des ondes.

Explication

Les interférences destructives impliquent la superposition cohérente de deux ondes de même fréquence en opposition de phase, ce qui entraîne une annulation partielle ou totale de l’amplitude. La diffraction destructive, en revanche, concerne la déviation d’une onde unique lorsqu’elle rencontre un obstacle ou une ouverture, sans nécessiter deux sources cohérentes. La différence principale réside donc dans le mécanisme : superposition cohérente versus déviation par obstacle.

Explication

Thomas Young est crédité d'avoir réalisé l'expérience des trous d’Young, qui a permis de démontrer la nature ondulatoire de la lumière et d'étudier les interférences lumineuses. PERROUX est mentionné dans le contenu comme ayant formulé ou étudié ces phénomènes, mais dans le contexte de cette question, Thomas Young est la figure historique associée à la formulation fondamentale des interférences lumineuses.

Explication

La diffraction est causée lorsque la taille de l’ouverture ou de l’obstacle est du même ordre ou inférieure à la longueur d’onde λ, ce qui provoque une déviation de l’onde sans changer ses propriétés fondamentales. La réponse correcte est donc la relation entre λ et la dimension de l’ouverture ou obstacle.

Explication

La différence de chemin optique δ optique, qui inclut l’indice du milieu, doit être comparée à des multiples entiers de λ pour déterminer la position des franges constructives ou destructives. La formule appropriée pour prévoir la position des franges brillantes consiste à utiliser δ optique = n × (S2M – S1M) et à vérifier si cette différence correspond à k × λ, ce qui indique une frange brillante à cette position.

Explication

L’interfrange est la distance entre deux franges successives (brillantes ou sombres) dans une figure d’interférences. La formule i = λ₀ × D / (n × b) montre qu’elle correspond à cette distance, dépendant de la longueur d’onde, de la distance à l’écran, et de la séparation entre les trous.

Explication

L'intensité sonore est définie comme la quantité d'énergie transportée par une onde sonore par unité de surface, ce qui correspond à la puissance divisée par la surface de propagation. Elle est généralement exprimée en watts par mètre carré (W/m²). La fréquence, l'amplitude, et la vitesse de propagation sont des caractéristiques différentes de l'onde sonore, mais ne définissent pas l'intensité.

Explication

La formule correcte pour l'angle de diffraction est θ = λ / a, ce qui indique que l'angle est proportionnel à la longueur d'onde et inversement proportionnel à la largeur de l'ouverture. Les autres options sont incorrectes : θ = a / λ inverse la relation, 2λ / a ne correspond pas à la formule standard, et λ × a n'a pas de sens dans ce contexte.

Explication

L'atténuation géométrique décrit comment, en augmentant la distance à la source, l'énergie de l'onde se répartit sur une surface plus grande, entraînant une baisse du niveau d'intensité ou de niveau sonore, typiquement de 6 dB chaque fois que la distance double.