Diffraction des ultrasons et des ondes lumineuses

(TP n°6 Physique)

Objectifs : - Mesurer la longueur d’onde d’ultrasons.

- Mettre en évidence le phénomène de diffraction et étudier l’influence de la largeur de la fente.

- Déterminer expérimentalement la largeur d’une fente.

I °) Diffraction des ultrasons :

a) Mesure de longueur d’onde et de vitesse de propagation :

Le montage comporte un émetteur d’ultrasons de 40 kHz (avec son alim +15,-15 V), un récepteur d’ultrasons

 et unoscilloscope (voir TP N°2).

Ø       Positionner l’inverseur Continu-Salve (du générateur d’ultrasons ) sur continu (bouton en haut).

Ø       Faire les réglages sur l’oscilloscope de façon à visualiser les 2 signaux (celui issu de l’émetteur et

            celui issudu récepteur) .

1°) Donner le mode opératoire permettant de trouver expérimentalement la longueur d’onde des ultrasons

     (Faire valider par le professeur puis réaliser). Donner la valeur de l.

2°) En déduire la vitesse de propagation des ultrasons. Commenter.

b) Diffraction des ultrasons :

Ø     Réaliser le montage ci-dessous en prenant l (largeur de la fente =5 cm) et D (distance émetteur-récepteur à

        environ 20 cm) puis observer le signal reçu par le récepteur.

Ø     Réduire la largeur de la fente à 8,5 mm.

Ø Enlever rapidement les 2 supports qui ont permis de réaliser la fente puis observer le signal sur

    l’oscilloscope.

1°) Pour quelle largeur de fente le phénomène de diffraction est-il le plus important ?

2°) Comparer cette valeur à la longueur d’onde des ultrasons. Conclusion.

II °) Diffraction de la lumière :

L’émetteur d’ultrasons nous fournit des ondes ultrasonores monochromatiques, c’est à dire comportant

des ultrasonsde fréquence unique, 40 kHz. Pour notre étude sur la lumière, nous allons utiliser de la

 lumière rouge issue d’un laser Néon-Hélium, délivrant une seule fréquence, 4,74.10¹⁴ Hz.

  sécurité : ne jamais regarder un faisceau laser avant qu’il ait rencontré un obstacle (risque de

 lésion de la rétine).

Calculer la longueur d’onde de cette radiation rouge.

Ø     La diffraction ne se manifestant que pour des largeurs de fente voisines de cette longueur d’onde,

        pensez vous que l’on peut observer le phénomène de diffraction avec une fente de 1 mm

        placée devant le faisceau laser ? Le vérifier.

Ø     Vérifier ensuite qu’avec une fente très fine, le phénomène de diffraction se manifeste.

Ø     Pour différentes fentes de largeur a connue, mesurer la largeur L de la tache centrale de diffraction, puis

      compléter le tableau ci-dessous.

Attention à ne pas faire varier la distance D entre la fente et l’écran durant ces mesures. Mesurer

 d’ailleurs D, cela vous servira par la suite.

Ø   Mesurer de la même façon la largeur L de la tache obtenue avec une fente de largeur X inconnue.

1°) Tracer sur papier millimétré la courbe de variation de la largeur L de la tache centrale en fonction de

      l’inverse de la largeur a de la fente. : L=f(1/a).

2°) Déterminer la largeur X de la fente inconnue.

3°) En utilisant la relation L=2D (vue en cours) retrouver la largeur de la fente inconnue.

     Comparer les 2 mesures.

Donnée : C_lumière=3,00.10⁸ m/s