Diffraction, interférences et effet Doppler

Objectifs du parcours

Ce que tu vas savoir faire

Calculer un retard de propagation.
Relier λ, v, T et f.
Prévoir l'importance d'une diffraction.
Exploiter un angle ou une largeur de tache.
Utiliser différence de marche et interfrange.
Interpréter un décalage Doppler avec le bon modèle.

Le chapitre en bref

Une onde progressive se propage avec une célérité v qui dépend du milieu et de ses conditions. Un retard entre deux points séparés de d vaut $τ= \frac{d}{v}$ . Pour une onde périodique, $λ=vT= \frac{v}{f}$ . La diffraction devient marquée lorsque la dimension a de l'ouverture ou de l'obstacle est du même ordre que λ ; pour une fente étroite et un petit angle, $θ≈ \frac{λ}{a}$ . Deux ondes cohérentes interfèrent : constructive si $δ=kλ$ , destructive si $δ=(k+ \frac{1}{2})λ$ . L'effet Doppler relie un mouvement relatif source-récepteur à un décalage de fréquence, avec une formule dépendant de la situation et du milieu.

1. Comment décrire propagation et retard ?

Une onde mécanique nécessite un milieu matériel ; une onde électromagnétique peut se propager dans le vide. La célérité dépend du type d'onde, du milieu et parfois de paramètres comme température ou fréquence.

Entre deux points séparés d'une distance de propagation d, le retard est $τ= \frac{d}{v}$ . Pour un écho, la distance parcourue est un aller-retour : $d_{objet} = \frac{vτ}{2}$ .

Dire qu'un signal arrive presque instantanément ne rend pas sa célérité infinie. Le retard peut simplement être inférieur à la résolution temporelle de l'expérience.

2. Comment relier périodicités temporelle et spatiale ?

Une source périodique reproduit le même état après une période T ; la fréquence vaut $f= \frac{1}{T}$ . La longueur d'onde λ est la distance parcourue pendant une période : $λ=vT= \frac{v}{f}$ .

La fréquence est imposée par la source et se conserve lors d'un changement de milieu stationnaire, tandis que v et λ peuvent changer. Une même lumière a donc une longueur d'onde différente dans un milieu matériel et dans le vide.

Deux points séparés d'un nombre entier de longueurs d'onde vibrent en phase pour une onde sinusoïdale progressive idéale.

3. Quand une onde est-elle diffractée ?

La diffraction correspond à l'étalement d'une onde après une ouverture ou autour d'un obstacle. Elle devient notable lorsque la dimension caractéristique a n'est pas très grande devant λ.

Pour une fente de largeur a éclairée normalement par une lumière monochromatique et dans l'approximation des petits angles, le demi-angle de la tache centrale vérifie $θ≈ \frac{λ}{a}$ . Diminuer a ou augmenter λ élargit la figure.

Sur un écran à distance D, la largeur de la tache centrale est approximativement $L≈ \frac{2Dλ}{a}$ . Il faut savoir si l'énoncé appelle L la largeur entière ou la demi-largeur.

4. Comment naissent les interférences ?

Deux ondes de même nature se superposent. Une figure stable exige des sources cohérentes, de même fréquence et avec un déphasage stable, souvent obtenues en divisant une même onde.

La différence de marche $δ= S_{2} M− S_{1} M$ compare les distances parcourues. Si δ = kλ, les ondes arrivent en phase et l'interférence est constructive. Si $δ=(k+ \frac{1}{2})λ$ , elle est destructive dans le modèle d'amplitudes comparables.

Une extinction parfaite exige aussi des amplitudes égales. Sinon, le minimum reste non nul même avec un déphasage de π.

5. Que mesure l'interfrange ?

Dans l'expérience de Young, pour deux sources séparées de b, un écran lointain à distance D et de petits angles, l'interfrange vaut $i= \frac{λD}{b}$ .

Augmenter λ ou D espace les franges ; augmenter b les resserre. Mesurer plusieurs interfranges puis diviser réduit l'influence d'une lecture ponctuelle.

La formule dépend de la géométrie. D, b et i doivent être dans des unités cohérentes et l'écran doit être sensiblement parallèle au plan des sources.

6. Comment interpréter l'effet Doppler ?

L'effet Doppler est la variation de fréquence reçue due au mouvement relatif entre source et récepteur. Un rapprochement produit généralement une fréquence reçue plus élevée ; un éloignement, plus basse.

Pour une source se déplaçant à vitesse us faible devant la célérité v dans un milieu et un récepteur fixe sur l'axe, $f_{R} = f_{E} v/(v∓ u_{s})$ , avec le signe choisi selon rapprochement ou éloignement. La formule change si le récepteur bouge ou pour une onde électromagnétique relativiste.

Le décalage donne une composante de vitesse le long de la ligne de visée. Il ne fournit pas automatiquement la vitesse totale si le mouvement est oblique.

Erreurs fréquentes

L'essentiel à mémoriser

Le retard dépend du trajet et de la célérité dans le milieu.
λ = v/f relie espace et temps.
La diffraction est gouvernée par λ/a.
Les interférences exigent des sources cohérentes.
δ fixe constructive ou destructive.
Doppler mesure une composante de mouvement relatif.

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Sources et traçabilité

Dernière vérification : 2026-08-12

Programme de l'enseignement de spécialité de physique-chimie de la classe terminale, Ministère de l'Éducation nationale, consulté le 2026-08-12.
Programmes et ressources en physique-chimie - voie générale et technologique, Éduscol, consulté le 2026-08-12.
Sommes de deux sinusoïdes synchrones, Éduscol, consulté le 2026-08-12.
CODATA Value - speed of light in vacuum, NIST, consulté le 2026-08-12.
Le Système international d'unités, 9e édition, Bureau international des poids et mesures, consulté le 2026-08-12.

Une onde transporte une perturbation ; diffraction et interférences révèlent sa structure