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Diffraction

La lumière peut contourner un angle.
La lumière dévie de sa trajectoire quand elle contourne un angle ou passe à travers une fente. Cette déviation est appelée diffraction. Vous pouvez facilement démontrer la diffraction à l’aide d’une bougie ou d’une petite ampoule brillante d’une lampe de poche et d’une fente fabriquée avec deux crayons. Le motif de diffraction, le motif de la lumière sombre et claire créé quand la lumière contourne un angle ou des angles, démontre que la lumière a des propriétés ondulatoires.

Diffraction Main
Diffraction Mat

Outils et matériel

  • Deux nouveaux crayons propres munis d’une gomme
  • Un morceau de ruban adhésif transparent (n’importe quel type de ruban convient.)
  • Une lampe de poche Mini Maglite (ne pas utiliser d’autres lampes de poche) ou une bougie et des allumettes ou un briquet
  • Facultatif : morceaux de tissu, une plume, grille de diffraction en rouleau, écran métallique, un cheveu humain

Montage

  1. Allumez la bougie ou, si vous utilisez une Mini Maglite, dévissez la tête de la lampe de poche. La petite lampe s’allumera et éclairera intensément. ATTENTION : si vous utilisez une Mini Maglite LED, veillez à ce qu’elle soit réglée sur lumière faible avant de dévisser la tête de la lampe de poche. Évitez de fixer directement la source de lumière pendant une longue période.
  2. Enroulez d’une couche de ruban adhésif la partie supérieure d’un des crayons, juste au-dessous de la gomme.

À faire et à remarquer

Mettez la lampe sur une surface stable à au moins une longueur de bras de vous.

Tenez les deux crayons l'un à côté de l’autre, les gommes en haut. Le ruban adhésif enroulé autour d’un crayon doit séparer légèrement les crayons pour former une fine fente entre eux, juste au-dessous du ruban adhésif. Tenez les deux crayons près d’un œil (à environ 1 pouce [2,5 cm] de distance) et fixez la source lumineuse à travers la fente entre les deux crayons. Resserrez les crayons pour réduire la fente.

Vous remarquez qu’il y a une ligne lumineuse perpendiculaire à la fente. Pendant que vous regardez à travers la fente, tournez les crayons jusqu’à ce qu’ils soient à l’horizontale et vous remarquez que la ligne lumineuse devient verticale.

Si vous regardez de plus près, vous pouvez voir que la ligne est composée de petites taches lumineuses. À mesure que vous resserrez la fente, les taches lumineuses grandissent et se séparent, s’écartent de la principale source lumineuse et sont plus faciles à observer. Vous remarquez que les taches ont des bords bleus et rouges et que les bords bleus sont plus proches de la source lumineuse.

Étirez un cheveu et tenez-le à environ 1 pouce (2,5 cm) de votre œil. Déplacez le cheveu jusqu’à ce qu’il se trouve entre votre œil et la source lumineuse, et vous remarquez que la lumière est dispersée en une ligne de taches par le cheveu, exactement comme avec la fente. Faites tourner le cheveu et regardez comment la ligne de taches tourne.

Fixez la lumière à travers un morceau de tissu, une plume, une grille de diffraction ou un morceau d’un écran métallique. Faites tourner chaque objet quand vous le regardez.

Que se passe-t-il?

Les bandes noires entre les taches lumineuses démontrent qu’une onde est associée à la lumière. Les ondes lumineuses qui traversent la fente se dispersent, se superposent et s’additionnent pour produire le motif de diffraction que vous voyez. À l’endroit où la crête d’une onde se superpose avec la crête d’une autre onde, les deux ondes se combinent pour créer une onde plus grande et vous voyez une tache lumineuse qui brille. À l’endroit où le creux d’une onde se superpose avec la crête d’une autre onde, les deux ondes s’annihilent et vous voyez une bande sombre.

L’angle de déviation de la lumière est proportionnel à la longueur d’onde de la lumière. La lumière rouge, par exemple, a une longueur d’onde plus longue que la lumière bleue, elle dévie donc plus que la lumière bleue. Cette valeur différente de déviation confère aux taches leurs bords colorés : bleu à l’intérieur, rouge à l’extérieur.

Plus la fente est proche, plus la lumière se disperse. En fait, l’angle entre deux bandes sombres adjacentes dans le motif de diffraction est inversement proportionnel à la largeur de la fente.

Des objets fins comme une mèche de cheveux diffractent aussi la lumière. La lumière qui contourne le cheveu se disperse, se superpose et engendre un motif de diffraction. Le tissu et les plumes, tous deux composés de nombreuses petits éléments fins, produisent des motifs de diffraction complexes.

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