Depuis une petite semaine j'essaye de comprendre quelque chose à la physique ondulatoire. Je suis donc logiquement tombé sur l'expériences des fentes d'Young. J'aimerais reproduire cette expérience.
Je me tourne donc vers vous, sans doute plus à l'aise que moi dans le domaine. J'ai cru comprendre que les fentes devaient être très fine (de l'ordre du nanomètre) et de très faible écartement. Comment puis-je m'y prendre pour mettre en place cette expérience ? Quelle lumière (laser?) utiliser, quel matériau, et comment le préparer ? Si cette expérience à été réalisée il y a plus de deux siècles, j'imagine qu'on doit avoir largement assez de précision actuellement pour la recréer à moindre frais.
Merci d'avance à ceux qui prendront la patience de me répondre
Les fentes doivent être plus petites que la longueurs d'onde de la lumière, donc plutôt de l'ordre de la centaine de nanomètres. Ensuite oui avec un laser ça sera plus facile. Tu peux essayer acec deux cheuveux (à la place des fentes, ça revient au même) pour commencer
Merci pour ta réponse. Rapide et tout.. Du bonheur.
Mmmh. Je pensais demander à une pote bijoutière mais je doute qu'elle arrive à faire des trucs inférieur au micromètre.
Pour les cheveux, je ne comprends pas bien le concept. Ils sont cents fois plus larges que la longueur d'onde de mon laser. De plus je cherche à obtenir une étroite absence de matière, pour créer de la diffraction, pas une fine bande de matière (Ou alors je colle 3 cheveux ensembles puis j'enlève celui du milieu mais outre le fait que ça me semble dur à mettre en place, l'interstice restera 100 fois trop gros non ?). Je ne comprends pas bien l'utilisation de cheveux pour recréer cette expérience. :/
Oui en fait l'expériéce est d'autant plus impressionnante que les fentes sont fines. Mais j'ai peut être un peu exagéré une fente de quelques mcromètres voire dizaines de micromètre peut donner des résultats aussi.
En fait le théorème de Babinet dit qu'un motif quelconque (avec du plein et du vide) est optiquement équivalent au motif opposé (avec du vide à la place du plein et vice versa)
Amusant, je ne connaissais pas (et j'ai du mal à assimiler spontanément le concept, je vais me pencher un peu là dessus). Bon ben du coup une paire de cheveux fera probablement l'affaire. Je vais voir si je trouve quelque chose de plus fin mais ça sera déjà un début. Merci pour tes réponses Thomas
Concernant la formule de Babinet, en fait ça peut se voir rapidement si tu connais les formules classiques pour l'interférence (il y a des démonstrations un peu partout sur le web, notamment ici, page 21), mais pour le faire sans formule (attention, c'est un peu indigeste) : deux figures d'interférence complémentaires (par exemple, un cheveu et une fente d'Young de même largeur que le cheveu) ont une transmittance complémentaire (en un point où le cheveu bloque la lumière, la fente d'Young la laissera passer), ce qui conduit, par linéarité, à des amplitudes complémentaires par rapport à l'onde incidente. Or, comme celle-ci est nulle sauf dans une direction \(\vec k \), cela veut dire que tes deux amplitudes sont opposées. Quand on passe au carré pour trouver l'intensité, on a bien que les intensités sont les mêmes
Je veux pas être tatillon (et au passage passer pour un mec totalement inculte qui ne sait pas de quoi il parle, mais c'est le cas et il faut que j'assume). Mais j'ai une question : même le plus fin des fils reste 100 fois plus gros que la longueur d'onde de mon laser. Ca ne pose pas de problème ?
Un peu indigeste effectivement melepe J'ai du mal à comprendre la mise au carré :x
Désolé pour l'explication, mais sans formule c'est toujours plus compliqué. En gros, quand tu as un signal (électromagnétique dans le cas présent, mais c'est vrai aussi pour le son, l'électricité...), son intensité est toujours proportionnelle au carré de l'amplitude. Je ne sais plus trop pourquoi, et je n'ai pas de source disponible sous la main, il faudra attendre que quelqu'un d'autre passe par là.
En ce qui concerne le cheveu/fil, je te confirme que cela n'a pas d'incidence notable dans le cas d'une fente simple, dans le cas d'une fente d'Young, je dois t'avouer ne pas me souvenir avoir déjà fait l'expérience et j'ai la flemme de refaire les calculs, mais d'après mes souvenirs tu auras un résultat qui mêlera interférences dues aux fentes d'Young, et interférences dues à la largeur "elevée" de tes fentes.
C'est à dire que tu obtiendras des franges d'interférence d'Young, mais l'intensité des franges variera avec l'éloignement au centre, suivant les mêmes variations que lors de l'expérience d'une fente simple.
Ce mélange peut effectivement se combattre en prenant des fils/fentes de plus en plus minces, mais ça coûte plus cher.
Je me sens un peu stupide d'avoir pensé à mettre cette expérience en place alors que je suis loin d'être à l'aise avec la diffraction. Je vais me pencher un peu plus sérieusement dessus et mettre le nez dans les équations. Il va visiblement falloir que je discerne les interférences dues au procédé expérimental des interférences dues à l'expérience en elle-même. Merci pour ta réponse donc
Tu as parfaitement le droit de vouloir faire l'expérience sans connaître la théorie, c'est un excellent moyen d'appréhender le phénomène : savoir que la diffraction existe, c'est une chose, la voir en vrai, c'en est une autre. Et je suis tout à fait de l'avis que faire des expériences est une très bonne idée pour découvrir des phénomènes physiques.
Après, c'est vrai que c'est beaucoup plus dur de comprendre pourquoi le phénomène existe sans faire de théorie. Mais cela ne t'empêche pas de faire l'expérience sans te taper toute la théorie !
Dans le cas présent, si tu fais l'expérience des fentes d'Young, il faut savoir que le résultat généralement donné (des franges d'égale intensité) n'existe qu'en théorie, car cela suppose des fentes infiniment fines. Dans la réalité, les fentes ont forcément une largeur, et donc il faut prendre en compte les interférences liées à ces largeurs. Ca résulte finalement en un résultat semblable, mais différent :
Dans le cas purement théorique, tu as des franges d'intensités égales
Dans le cas réel, chacune de tes franges va avoir sa propre intensité. Et si tu prends une photographie de ces franges, et que tu compares aux figures d'interférence d'une fente simple, tu devrais remarquer quelque chose d'intéressant.
TL;DR : Ne t'oblige pas à te farcir la théorie, surtout si tu fais ça par curiosité. Non pas que je te déconseille de faire de la théorie, mais c'est toujours moins prise de tête de commencer par la pratique.
Les fentes doivent être plus petites que la longueurs d'onde de la lumière, donc plutôt de l'ordre de la centaine de nanomètres. Ensuite oui avec un laser ça sera plus facile. Tu peux essayer acec deux cheuveux (à la place des fentes, ça revient au même) pour commencer
Pfff mais n'importe quoi…
Les fentes n'ont absolument pas besoin d'être plus petites que la longueur d'onde. Je vois même pas d'où peut venir cette idée stupide. En plus, un cheveux est PLUS GRAND que les longueurs d'onde du visible…
La taille des fentes n'a en fait rien à voir avec les interférences créées. On les prend relativement petite pour faire diffracter le faisceau, mais c'est tout.
Ghkaeitq a écrit:
Je me sens un peu stupide d'avoir pensé à mettre cette expérience en place alors que je suis loin d'être à l'aise avec la diffraction. Je vais me pencher un peu plus sérieusement dessus et mettre le nez dans les équations. Il va visiblement falloir que je discerne les interférences dues au procédé expérimental des interférences dues à l'expérience en elle-même. Merci pour ta réponse donc
Tu n'as absolument pas besoin de connaître le théorème de Babinet ou de l'optique ondulatoire très complexe pour faire de telles choses. Je ne comprends pas ce qu'ont cherché à faire les différents intervenants ici, mais je suis désolé pour toi qu'on aie pu t'induire en erreur.
Les fentes d'Young s'expliquent très simplement par une différence de chemin optique entre les deux ondes issues des deux "fentes". Tu n'as besoin que de géométrie élémentaire pour établir la figure d'intensité que tu vas obtenir avec des fentes d'un éloignement donné. Selon l'expérience que tu veux faire, ça te permet très facilement de calculer l'interfrange à partir de ton setup.
Mais en gros, un pointeur laser, un bout de carton, une pointe de compas pour faire deux trous et un plan loin derrière sont largement suffisant.
Oui c'est ce que j'ai dit dans le post du dessous...
L'expérience des fentes de Young met en jeu des phénomènes de diffraction (largeur des fentes) et d’interférences (écart entre les fentes) qui d'ailleurs sont deux noms pour un même phénomène. Et pas seulement des interférences à deux ondes.
Les franges fines permettent effectivement d'élargir le faisceau mais également d'augmenter le contraste (chaque point d'une fente ayant la même phase, au contraire en élargissant les fentes les franges vont se "brouiller"). Évidement qu'il y a besoin de Babinet pour faire le lien entre les fentes et les cheveux (quant à faire le calcul ça n'a pas d'intérêt). Après effectivement le phénomène fait appelle a l'optique ondulatoire ; méthode géométrique ou analytique c'est un détail et une question de goût (perso je préfère géométrique) mais la méthode analytique n'a rien de compliquée (manipulation d'exponentielles) une fois le concept d'onde compris (ce qui est nécessaire dans les deux méthodes de toutes façon).
PS :
freudqo a écrit:
La taille des fentes n'a en fait rien à voir avec les interférences créées.
La taille des fentes n'a en fait rien à voir avec les interférences créées.
Pfff mais n'importe quoi…
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Je pense que tu ne devrais pas faire ça. Tu maintiens que le phénomène d'interférence dit "des fentes d'Young" dépend de la taille des fentes en question ?
Mais dans le cas de "l'expérience des fentes de Thomas Young", la largeur des franges fait que l'on a des ondes multiples (tous les points de la fentes n'ont pas la même phase) ce qui fait que ce que l'on observe est en fait une superposition de franges décalées (élevée au carré). D'ailleurs on peut appeler ça aussi de la diffraction si l'on veut, toujours est-il que les franges mesurées se "brouillent" et donc se modifient (cela dit l'interfrange reste constant mais ce n'est pas le seul paramètre il y a le contraste aussi).
Mais dans le cas de "l'expérience des fentes de Thomas Young", la largeur des franges fait que l'on a des ondes multiples (tous les points de la fentes n'ont pas la même phase) ce qui fait que ce que l'on observe est en fait une superposition de franges décalées (élevée au carré). D'ailleurs on peut appeler ça aussi de la diffraction si l'on veut, toujours est-il que les franges mesurées se "brouillent" et donc se modifient (cela dit l'interfrange reste constant mais ce n'est pas le seul paramètre il y a le contraste aussi).
Ah bon ? J'ignorais…
Sans déconner, ma question portait sur le phénomène d'interférence mis en évidence par les fentes d'Young. Pas sur ta connaissance du phénomène de diffraction.
Ce que met en évidence l'expérience des fentes d'Young, c'est bien l'interférence à deux ondes. C'est le but de l'expérience, et ça a été le but de toutes les expériences qui en ont découlé dans le cadre de la physique moderne, et notamment en mécanique quantique.
Bref, non, les interférences que l'on veut observer ne sont pas dues à la taille des fentes. Et si c'est pour me dire qu'il ne faut pas que les fentes soient plus grosses que l'écart entre elles, je risque de vraiment me moquer.
Je pense que si tu ne commencais pas par m'insulter (que j'ai raison ou tord) je ne te répondrais pas comme à un idiot.
Sinon j'ai bien compris ton point de vue, tu considère la diffraction comme du "bruit" qui vient polluer l'expérience. Je suis d'accord que c'est pédagogique de séparer les choses comme ça. Mais il veut réaliser l'expérience (et pas seulement aborder théoriquement le concept d'interférence) donc ce n'est pas très opérant comme approche car ce ne sera probablement pas le phénomène dominant. La diffraction est tout aussi intéressante (bon évidemment vu que c'est le même phénomène physique) et il faut l´aborder aussi. En interféromètrie (dans la formule classique que je ne rappelle pas) on fait intervenir l'interfrange et le contraste, ce sont les deux paramètres clés.
L'interfrange donne évidement la précision ultime d'un interféromètre mais elle est liée à la longueur d'onde de toute façon. Donc le problème c'est plutôt le contraste.
Non, ce qui n'est pas "opérant", c'est de commencer par expliquer que pour faire l'expérience des fentes d'Young, il faut que les fentes soient d'une taille inférieure à la longueur d'onde. L'expérience des fentes d'Young n'est jamais présenté dans ce cadre là parce que c'est absurde et ça ne sert à rien.
Ce qui n'est pas opérant, c'est répondre à quelqu'un qui pose une question simple avec des informations fausses et ensuite de le perdre en évoquant de l'optique ondulatoire à la va-vite sans préciser plus avant.
Le PO a demandé au moins 4 fois des informations à propos de l'importance de la taille des fentes, et tu considères que tu l'as aidé à comprendre les fentes d'Young ? Alors que n'importe quelle introduction au fente d'Young dira juste qu'on prendre des fentes suffisamment petite pour considérer qu'on obtient des sources "ponctuelles".
Ton CV ne m'intéresse pas non plus vraiment, à part si tu veux te lancer dans une comparaison de taille de bite que tu vas sans doute perdre. J'avoue avoir du mal à voir en quoi ramener l'interféromètre de Mach-Zender nous fait avancer sur les fentes d'Young. Si c'est pour me dire que l'utilisation d'interféromètre pour réaliser des mesures requière un bon contraste, tu es juste à côté de la plaque.
Non, ce qui n'est pas "opérant", c'est de commencer par expliquer que pour faire l'expérience des fentes d'Young, il faut que les fentes soient d'une taille inférieure à la longueur d'onde. L'expérience des fentes d'Young n'est jamais présenté dans ce cadre là parce que c'est absurde et ça ne sert à rien.
=> Oui j'ai déjà dit que c'était une erreur de ma part 2 fois.
Ce qui n'est pas opérant, c'est répondre à quelqu'un qui pose une question simple avec des informations fausses et ensuite de le perdre en évoquant de l'optique ondulatoire à la va-vite sans préciser plus avant.
Le PO a demandé au moins 4 fois des informations à propos de l'importance de la taille des fentes, et tu considères que tu l'as aidé à comprendre les fentes d'Young ? Alors que n'importe quelle introduction au fente d'Young dira juste qu'on prendre des fentes suffisamment petite pour considérer qu'on obtient des sources "ponctuelles".
=> Je lui ai dit de prendre des cheveux dès le premier post. Babinet est nécessaire pour dire que c'est équivalent au fentes de Young (parce que les cheveux c'est quand même plus simple que de découper des fentes et plus lumineux que les points que tu proposes (et pour les points aussi il faudrait démontrer que c'est équivalent à des fentes...)). Pour réaliser l'expérience les largeurs sont l'alpha et l'oméga du problème (avec la mise en forme du faisceau éventuellement), c'est facile de dire considérons deux points ponctuels (des points qui ne sont pas des fentes d'ailleurs).
Ton CV ne m'intéresse pas non plus vraiment, à part si tu veux te lancer dans une comparaison de taille de bite que tu vas sans doute perdre. J'avoue avoir du mal à voir en quoi ramener l'interféromètre de Mach-Zender nous fait avancer sur les fentes d'Young. Si c'est pour me dire que l'utilisation d'interféromètre pour réaliser des mesures requière un bon contraste, tu es juste à côté de la plaque.
=> Non mais osef du "CV", tous les interféromètres utilisent la même formule. Je ne vois pas en quoi l'interfrange est un paramètre plus significatif que le contraste. J'ai envie de dire osef de l'interfrange, le plus compliqué ce n'est pas d'espacer les fentes mais de réaliser des fentes (permettant un contraste observable)
1. Une erreur qui a induit tout le sujet dans la direction du rien et du n'imp.
2. C'est ça, attacher deux cheveux à une faible distance l'un de l'autre, qui en plus vont laisser passer une grosse partie de l'énergie laser tout droit et donc éblouir l'observateur en masquant le phénomène, c'est BEAUCOUP plus simple que de percer deux trous au compas dans un carton. La démonstration avec les points est la même qu'avec les fentes. Le phénomène à mettre en évidence est JUSTE l'interférence entre deux ondes.
3. L'interfrange n'est pas le paramètre le plus significatif dans toutes les expériences d'interférométrie. Il est le paramètre de loin le plus intéressant dans UNE expérience particulière, qui s'appelle les FENTES D'YOUNG, dont on parle depuis le départ. Parce qu'il permet de mettre en évidence 1 - le caractère ondulatoire de la lumière | 2 - La dépendance de la couleur à la longueur d'onde.
2- Pour l'éblouissement je ne sais pas il faudrait essayer justement (évidement projeté sur un plan). Non mais le sujet s'appelle 'expérience des fentes d'Young' pas 'je cherche à mettre en évidence les interférences'. Je ne présume pas de ce qu'est le fond de la pensée du PO (parce que sinon il y a beaucoup de sujet où il faudrait répondre "te prend pas la tête et regarde TF1"), j'essaye juste de répondre à la question posée (parfois mal).
3- Tu projettes beaucoup sur le PO. Là encore je ne sais pas ce qu'il veut vraiment. Et la diffraction (fente seule) met en évidence le caractère ondulatoire aussi. Quant à la dépendance à la longueur d'onde, il faudrait le faire en lumière blanche alors (je ne suis pas sur que des trous suffisent à cette intensité).
Oui, le PO dit juste dans son PREMIER post que ça fait une semaine qu'il essaie de comprendre des trucs sur l'optique ondulatoire. De là à imaginer, a priori, qu'il débute, je fais un pas de géant.
Non, il suffit de deux lasers différents. Si le PO a deux pointeurs lasers chez lui, genre un rouge et un vert ou un bleu, il peut parfaitement le mettre en évidence. Mais soit dit en passant, j'expliquais juste l'utilité et le but de l'expérience dont on parle, je ne prétendais pas que tout était faisable.
Tu sembles avoir des difficultés à comprendre l'intérêt et le but de l'expérience des fentes d'Young. Je te conseille de jeter un coup d'œil à wikipédia, ou je serais heureux de répondre à tes questions.
Oui les lasers de différentes couleurs marchent aussi (il faut faire l’expérience plus minutieusement et mesurer l'interfrange). En fait je ne voulais pas le recommander à l'auteur car les lasers autre que rouge sont plus difficiles à trouver, par exemple on peut les acheter en ligne sur Alibaba (chinois) ou autre mais ils respectent rarement les normes (15mW max je crois mais mieux vaut moins de 5mW) et je ne veux pas faire prendre de risques inutiles au PO.
Je ne présume pas des résultats de l'auteur. Je ne fais pas les questions et les réponses. D'abord il fait la manip (en essayant de l'aiguiller pour qu'il puisse voir quelque chose) et ensuite on discute du résultat si besoin. Sinon je sais pourquoi Young l'a fait oui et pourquoi c'est au programme également, maintenant pourquoi le PO veut le faire je ne le présume pas (enfin j'ai bien compris qu'il voulait expérimenter la physique ondulatoire).
En essayant de l'aiguiller en lui donnant un setup décourageant. La plupart des tutos sur internet suggèrent 1mm d'écart entre les trous et des trous sub-milimétriques. Et toi tu proposes d'accrocher deux cheveux à moins d'un millimètre l'un de l'autre, parfaitement parallèlement ? Ok. Super.
Ensuite, sur les lasers : il y a une classification, mais apparemment, dans certains cas, on peut présumer que le PO n'y connaît rien et dans d'autres on ne peut présumer de rien. Il n'y a rien de difficile à trouver des pointeurs lasers, et les normes françaises interdisant la vente sont idiotes. Tout laser de classe 3a ou 3b (et même de classe inférieur) aura marqué sur lui attention : pas d'irradiation directe et pas de réflexion. Et on vend des couteaux et des armes de airsoft sans permis.
Si le PO parle de calculer l'intensité du pattern obtenu en irradiant deux trous avec un laser, ouais, on peut avoir des doutes. Si le PO parle de reproduire l'expérience des fentes d'Young, peut-être qu'on peut se contenter de croire qu'il veut reproduire l'expérience des fentes d'Young.
mais tu parles tout le temps de trous bien entendu c'est plus simple (c'est même assez trivial). Pour des fentes (aka le sujet) c'est plus challengeant (l'auteur parle d'amie disposant de moyens techniques éventuels) et le résultat est plus joli aussi.
Sinon je considère le PO plus ou moins compétent en général sauf en cas de dangers "sournois" (pas parce que je le prends pour un idiot mais par précaution) : lasers, uv, observation d'éclipses, haute tension, produit chimique toxique, rayons x, etc. Une maladresse en manipulant un laser est facilement arrivé (réflexions parasites, réflexion sur la montre etc.) et dangereux dès quelques mW. Même un lecteur CD a un warning laser ce qui émousse un peu la sensibilité du public a ce genre de chose. Et les classes de laser (3r surtout) sont loin d'être respecté systématiquement par les fabricants, en passant (c'est pas pour toi) les lasers de classe 3 et plus (3a ou 3r, 3b et 4) sont interdits en France pour le grand public. Sinon pour traverser la rue je fait confiance au PO.
Ah oui, le sujet dit "fente" alors il faut faire des fentes. Passque si on précise qu'on peut faire des trous parce que c'est beaucoup plus simple, on est hors sujet. Alors que quand on digresse pour expliquer comment la taille des fentes va modifier le contraste sur une expérience où le contraste n'est pas important, c'est le bien.
Dans des pays civilisés et un peu plus avancé que la France en matière de libertés publiques, les lasers que tu évoques sont en vente libre. Je les considère donc comme dangereux en fonction de la classification établie internationalement plutôt qu'en fonction de leur légalité. Mais c'est un autre sujet et je me demande pourquoi on en débat, l'idée de dire "je n'ai pas suggéré de changer de longueurs d'onde passque les lasers verts ils sont méchants" étant clairement fallacieuse.
Je crois avoir dit tout ce que je pensais sur le sujet. Je n'ai pas envi de te pousser à encore étaler ta culture, on a compris, tu fais trop de la physique badass et ça t'excuse pour n'être pas foutu de conseiller un débutant sur l'expérience des fentes d'Young. Je ne répondrais donc plus à tes posts ici, seulement à ceux du PO s'il a besoin de conseils.
j'ai fait l'expérience avec 2 fentes de 1cm fait par une lame de rasoir, séparées de 1mm l'une de l'autre et un pointeur laser et résultat de la nature ondulatoire est bien visible
Puisque tu as déterré un sujet presque enterré Comment as-tu réalisé cette expérience? J'ai déjà entendu parler d'une vitre couverte d'une couche de graphite, et j'avais noté l'utilisation de lames de rasoir. Si tu as 3 lames collées ensemble avec celle du milieu plus haute que les deux autres, je suppose que ça donne ce genre de résultat.
Le Tout est souvent plus grand que la somme de ses parties.
Mettre en place l'expérience des fentes d'Young
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