I- Étude qualitative.

1)- Principe.

- On éclaire un écran avec un laser.

- On interpose sur le trajet du faisceau laser une fente verticale de largeur réglable ou un fil très fin.

2)- Schéma.

Faire le schéma du dispositif.

-  Pour réaliser de bonnes mesures, il faut que : d ≈ 10 cm et D ≈ 6,0 m.  

-  Après avoir réglé les valeurs de d et D, il ne faut plus les faire varier lors des différentes mesures.

-  Le seul paramètre qui doit changer, c’est la largeur de la fente ou l’épaisseur du fil.

3)- Manipulation 1 : utilisation de la fente réglable.

Au départ la fente est large (1 mm à 2 mm), puis on diminue progressivement la largeur de celle-ci.

Indiquer les observations.

Faire le schéma du dispositif vu de dessus  et vu de profil pour représenter :

-  Les taches de diffractions,

-  Le faisceau de lumière de la source laser à la fente,

- Les faisceaux de lumière de la fente jusqu’aux taches lumineuses sur l’écran.

-  Lorsque la fente est large, la tache laissée par le faisceau laser sur l’écran n’est pas modifiée.

-Lorsque la largeur de la fente diminue, on observe l’étalement de la tache. 

Vue de profil :

4)- Manipulation 2 :

On remplace la fente par un fil très fin.

-  Puis on fait varier l’épaisseur du fil.

Indiquer les observations.

- Que peut-on dire du principe de la propagation rectiligne de la lumière ?

- Comment varie la largeur de la tache centrale lorsque l’épaisseur du fil diminue ?

-  Lorsqu’on place un fil très fin sur le trajet du faisceau laser, on observe l’étalement de la tache laissée par le faisceau laser sur l’écran.

-  La lumière ne se propage plus en ligne droite lorsqu’elle rencontre un objet de petite dimension.  

-  Lorsque l’épaisseur du fil diminue, la largeur de la tache centrale augmente.

5)- Conclusions.

-  Lorsque la lumière rencontre un objet de petite dimension, on observe une figure de diffraction.

-  Cela est dû au phénomène de diffraction

-  Phénomène qui apparaît lorsque l’obstacle rencontré par l’onde est du même ordre de grandeur que sa longueur d’onde λ.

II- Étude quantitative.

1)- Mesure de la largeur L de la tache centrale de diffraction pour différents fils calibrés.

Reproduire et compléter le tableau suivant :

Tableau de mesures.

-  Remarque : il manque les fils de 6/100 de mm et 4/100 de mm

2)- Exploitation.

- Tracer le graphe de L (largeur de la tache) en fonction de du diamètre a du fil. 

-  Pour cela, choisir une échelle judicieuse.

- Quelles sont les caractéristiques de la courbe obtenue ? existe-t-il une relation simple entre L et a ?

Graphe :

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-   Échelles : abscisses : a  20 μm  ↔  1 cm   et  ordonnées : L  1 m   ↔  2 cm  

-   La courbe L = f (a) est une fonction décroissante de a.

-  Quand la valeur de a augmente, la valeur de L diminue.

-   Les points ne sont pas alignés.

-  Il n’existe pas de relation simple entre L et a.

3)- Détermination de l’épaisseur d’un cheveu ou d’un crin de cheval.

- Chaque groupe  travaille en équipe (technicien, secrétaire) :

Déterminer un mode opératoire permettant de déterminer l’épaisseur d’un cheveu ou d’un crin de cheval.

Mettre au point la manière dont vous allez procéder.

Indiquer le matériel utilisé. Définir la ou les expériences à réaliser.

Faire un schéma. 

Expliquer la démarche adoptée.

- Après concertation, on choisit une méthode parmi celles qui sont proposées et on réalise la mesure.

- FaFaire la mesure et donner la valeur de l’épaisseur d’un cheveu ou d’un crin de cheval.

Utilisation de la courbe d'étalonnage.

Détermination de l'épaisseur du crin de cheval à l'aide de la courbe d'étalonnage :

  - Méthode utilisée :

-  On remplace le fil très fin par le crin de cheval ou le cheveu.

  - On effectue les réglages afin d’observer la figure de diffraction.

  - Il faut se placer dans les mêmes conditions que précédemment.

  - L’écran doit se trouver à la même distance du crin que les différents fils qui ont permis de tracer la courbe d’étalonnage.

  - Mesure : pour le crin de cheval : L _crin ≈ 2,8 cm et pour le cheveu   L _cheveu ≈ 5,3 cm

  - Première estimation : 

-  On peut affirmer que  140 μm <  a _crin  <  200  μm  et que a _cheveu  <  80 μm.

  - On utilise la courbe d’étalonnage.

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