Collège de Saussure – Groupe de physique

Mots clés | déphasage | interférence | interféromètre | laser | longueur d'onde | Michelson | Michelson et Morley | relativité

Lorsque deux ondes lumineuses de même fréquence et de même amplitude parviennent en un point de l’espace, leur superposition produit une interférence qui dépend de leur déphasage ∆α. Il se produit : Une interférence constructive ( maximum de lumière) si les ondes sont en phase:     ∆α = k . 2π    k = 0, 1, 2, 3, .. Une interférence destructive (obscurité) si les ondes sont en opposition de phase:  ∆α = (2k + 1) . π    k = 0, 1, 2, 3, …

Dans l’interféromètre de Michelson, le rayon lumineux issu de la source laser est divisé en deux parties lorsqu’il traverse le miroir semi-transparent. Une partie du rayon parcourt le trajet ABC alors que l’autre suit le trajet AB’C. La superposition des deux parties sur l’écran au point C produit une figure d’interférence. Idéalement l’interférence donne une tache lumineuse lorsque les deux rayons sont en phase et une tache sombre lorsqu’ils sont en opposition de phase. (En réalité il se forme des anneaux concentriques voir photo du fait que le faisceau est légèrement divergent)). Passer d’une tache claire à la tache claire suivante correspond à déplacer le miroir M2 pour que le faisceau parcourant ce bras de l’interféromètre parcourt une distance supplémentaire d’une longueur d’onde. En déplaçant le miroir M2 d’une distance d on produit un nombre k de taches lumineuses successives. On peut ainsi calculer la longueur d’onde de la source laser:  ΔL = 2·d = k·λ  →  λ=2·d ⁄ k.

Cette expérience sert à introduire de manière concrète et simple la notion d’interférence. Elle peut aussi s’utiliser dans l’introduction à la théorie de la relativité restreinte lorsqu’on parle de la célèbre expérience de Michelson et Morley à la base du second postulat de cette théorie.

 

 

• Enclencher le Laser ( vert ou rouge ).
• Faire une détermination de la longueur d’onde de la lumière laser utilisée en faisant défiler un certain nombre de maxima et en mesurant le déplacement d’ du miroir avec la vis micrométrique et faire le calcul avec les élèves, par exemple pour le laser vert:

• 2 bancs optique 50cm
• 4 supports optiques
• 1 laser + sa lentille f=20mm
• 1 dispositif de Michelson (deux miroirs + un semi-transparent)
• 1 lentille f=50mm à placer avant l’écran ( voir photo et schéma)
• 1 écran blanc

Laser = danger pour les yeux!