Diffraction


Cette animation simule la diffraction d'une onde à deux dimensions par une ouverture.
Comme sur une cuve à onde les points où l'élongation est maximale apparaissent les plus clairs et ceux où elle est minimale (la plus négative) sont les plus sombres.
L'ouverture est représentée par le trait jaune à gauche de la figure.

On peut faire varier la largeur a de l'ouverture, ainsi que la longueur d'onde λ.
L'animation affiche la valeur de a/λ et de λ/a .
Quand λ/a est inférieur à 1, λ et a étant du même ordre de grandeur :
On observe, en avant de l'ouverture, un faisceau central qui va en s'évasant, dans lequel l'amplitude est maximale.
Ce faisceau est délimité par deux zones rectilignes uniformément grises , où l'amplitude de l'onde est très faible ou nulle.
L'ouverture du faisceau est d'autant plus importante que l'ouverture est petite par-rapport à la longueur d'onde.
Selon la valeur du rapport λ/a , on observe également sur les côtés un nombre plus ou moins grand de maxima secondaires, zones dans lesquelles l'onde "réapparaît", alternant avec des zones d'amplitude nulle formant un éventail de droites.
En cliquant successivement sur deux points de la figure, on obtient la direction de la droite passant par ces deux points, sous la forme du sinus et de la valeur en radians de l'angle θ qu'elle forme avec l'axe de l'ouverture.
On peut vérifier ainsi que les directions le long desquelles l'amplitude s'annule respectent la relation approchée sin θ=n.λ/a avec n entier=1,2...
Pour θ petit, sin θθ et on peut utiliser la relation approchée θ=n.λ/a.

  Quand λ/a est supérieur à 1, λ et a étant du même ordre de grandeur, on n'observe plus d'extinctions mais l'amplitude de l'onde diminue lorsqu'on s'éloigne de l'axe de l'ouverture.

Remarque : dans cette animation comme dans celles présentées ci-dessous il n'est pas tenu compte de la diminution de l'amplitude de l'onde quand on s'éloigne de la source (cela diminuerait trop la visibilité de l'image).

Pour en savoir plus

Le physicien hollandais Christiaan Huyghens (1629-1695) a postulé que chaque point atteint par une onde se comporte comme une nouvelle source ponctuelle, les observations à grande échelle résultant de l'interférence de toutes ces ondes.
On parle d'interférences lorsque des ondes de même longueur d'onde, issues de sources différentes, se superposent dans une région de l'espace.
Pour réaliser l'animation ci-dessus, l'ouverture est modélisée comme une série de sources ponctuelles très rapprochées interférant (la distance entre 2 sources est toujours inférieure à la longueur d'onde).
En utilisant ainsi le postulat de Huyghens on retrouve bien les caractéristiques du phénomène expérimental de diffraction tel qu'on peut l'observer par exemple sur une cuve à onde.


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