Oscillations et ondes

Interférences des ondes mécaniques

Cartographiez les zones constructives et destructives créées par deux sources circulaires en phase ; vérifiez les conditions de différence de marche $\Delta r = k\lambda$ et $\Delta r = (k+\tfrac{1}{2})\lambda$ sur les franges.

Lycée

Matériel

Deux sources ponctuelles en phase sur une surface d'eau virtuelle, orientable en 3D
Curseur « Amplitude de chaque source »
Curseurs « Longueur d'onde λ » et « Distance des sources d »
Bouton « Pause » pour figer la figure d'ondes

Protocole

Figer la figure et repérer les lignes nodales
Appuyez sur « Pause » pour une vue statique : entre les zones de forte oscillation se trouvent des bandes hyperboliques quasi immobiles — les lignes nodales où les deux ondes s'annulent toujours. Faites pivoter le canvas pour voir la surface d'en haut.
Changer λ et vérifier les conditions de marche
Balayez « Longueur d'onde λ » : plus λ est grand, plus maxima et minima s'écartent. À partir de la position d'une ligne nodale, montrez que les minima vérifient $\Delta r = (k+\tfrac{1}{2})\lambda$ et les maxima $\Delta r = k\lambda$ .
Changer l'écart des sources et l'amplitude
Augmentez « Distance des sources d » et comptez les hyperboles de maxima entre les sources : davantage de franges tiennent car la différence de marche maximale $\Delta r_{\max} = d$ contient plus de longueurs d'onde. Changez « Amplitude » : le contraste varie, les positions des franges non.

Simulation

Histoire de l’expérience

Le principe de superposition fut énoncé clairement par Thomas Young en 1801–1802 à partir d'observations sur les ondes de l'eau et le son, avant même ses fentes : quand deux ondes se rencontrent, le déplacement total est la somme des déplacements — ce qui explique aussitôt les zones d'annulation. Il écrivit dans ses cours que deux trains d'ondes « peuvent s'augmenter ou se détruire mutuellement ». Pour les ondes mécaniques, l'idée fut vérifiée par de nombreux dispositifs du XIXᵉ siècle : le tube interférentiel de Georg Quincke (1866) divisait le son en deux branches recombinées en minima audibles ; la cuve à ondes devint l'outil standard du laboratoire et de la classe pour visualiser le même système de franges hyperboliques que cette simulation.

Physiciens associés

Galileo Galilei Isaac Newton Thomas Young Augustin-Jean Fresnel

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