Diffraction

[LBI]

Bonjour

Lorsque Fresnel présente son travail à l'Académie des Sciences, Poisson utilise sa théorie et montre que le centre de l'ombre d'un disque circulaire opaque présente un point brillant (en incidence peu oblique: le diamètre du disque est petit par rapport au distance source de lumière/ disque et disque/ écran d'observation).
Fresnel monte l'expérience avec Arago. Le point brillant existe et la théorie ondulatoire de la lumière s'impose.

Ma question est la suivante.
Si au lieu de regarder l'ombre du disque sur l'écran, on place son oeil ou un appareil photo au centre de l'ombre, tourné vers le disque opaque, que voit-on?

Dans d'autres forum, j'ai eu les réponses suivantes:
Quand on étudie la diffraction, c'est mieux de regarder l'écran. (C'est interdit de se poser des questions et de sortir du cadre habituel?)
Fresnel s'est trompé. Le point brillant n'existe pas. (La photographie du livre que je possède est donc un faux.)

Cette expérience n'a jamais été réalisée.
Merci de me donner votre avis.

Luc
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[calculair]

Bonjour,

A priori iln'y a aucune raison qu' ilexiste ce point brillant au centre de l'ombre.
Par contre le caractère ondulatoire du rayonnement lumineux fait que le bord de l'ombre ne soit pas net. La lumière se rétablit en faisant une suite ondulation intensité lumineuse de faibles amplitudes

[coussin]

Si au lieu de regarder l'ombre du disque sur l'écran, on place son oeil ou un appareil photo au centre de l'ombre, tourné vers le disque opaque, que voit-on?

Bah de la lumière. Je ne comprends votre question… Si vous placez votre œil là où est le point brillant, vous voyez de la lumière. C'est presque une lapalissade

Quant au fait que cette expérience n'a jamais été réalisée… Là non plus, je ne comprends pas. Y a rien de magique et bien sûr que cette expérience a été réalisée. Elle est triviale. Chose marrante : ça marche même avec des ondes de matière et pas seulement avec de la lumière
http://en.wikipedia.org/wiki/Poisson_spot

[LPFR]

Bonjour.
Poisson était opposé à la théorie ondulatoire et avait proposé cette expérience pour montrer l'absurdité de la théorie. La tache existe et est appelée - par dérision - la tache de Poisson.
La manip est très difficile à faire. Il faut que la lumière arrive en phase sur tout le bord du disque. Autrement dit la position des bords du disque doit être meilleure que lambda/2.
Il y a une astuce pour contourner ce problème qui est celui d'utiliser une sphère au lieu d'un disque. Mais la sphère doit être presque parfaite, avec des défauts de sphéricité inférieures à lambda/2 (environ). Les billes des roulements à billes de qualité approchent cette exigence. Mais la tache apparait juste sur un axe, celui qui passe par le centre de la sphère et qui est parallèle à la direction de propagation de l'onde plane incidente..

Quand il s'agit de la diffraction de Fraunhofer (diffraction à l'infini) il est très commode d'utiliser l'optique de l'œil pour focaliser l'image à l'infini sur la rétine.
Par contre, pour la diffraction de Fresnel (diffraction à des distances comparables aux dimensions de la source) l'œil ne sert à rien.

Qu'est qu'on serait censé de voir si on place le tache de diffraction sur le centre de la lentille (de l'œil ou autre): rien. Les rayons traversent la lentille sans être déviés. Ils ne se concentreront pas quelque part sur la rétine.

Dans le même style, une question plus élémentaire: qu'est ce que l'on voit quand on regarde une onde plane arriver sur l'œil?

Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[LBI]

Bonjour

Merci LPFR pour ces précisions. J'ajouterai que Fresnel a fait toutes ses expériences dans sa Normandie natale. Il n'était donc pas sous l'influence de la Société d'Arceuils dont les grands physicien de l'époque faisait partie. Cette société défendait les idées de Newton, plutôt favorable à la nature corpusculaire de la lumière.
D'où l'intervention de Poisson.

J'ai lu Fresnel. Ce que j'apprécie dans les livres anciens, c'est que les manips sont expliquées clairement avec des mots.

Je m'explique avec mes mots et ma façon de voir.
Fresnel a aussi fait l'expérience avec un fils de fer. Le centre de l'ombre est occupé par une frange claire. Les bords de l'ombre comportent des franges d'interférence, claires et sombres (comme dans le cas de la sphères). Il constate que la frange claire centrale disparaît lorsqu'il occulte un des côté du fils. Sa source de lumière était constituée d'un minuscule trou par lequel il laissait entrer la lumière solaire.

La source de lumière envoie donc un train d'onde dans l'espace. Comme des vagues à la surface de l'eau.
Lorsqu'elles arrivent au niveau de la sphère, elles diffractent derrière la sphère. Comme le feraient des vagues derrière une ile. (la dimension de l'ile est grande par rapport à la longueur d'onde des vagues...)
Sur l'écran d'observation, un point brillant apparaît au centre de l'ombre, endroit où la combinaison des ondes diffractées est la plus forte.
Un marin jette l'ancre à cette endroit derrière l'ile. Que ressent-il s'il est l'intérieur de son bateau? Celui-ci tangue. L'avant se soulève et redescend. Il peut penser qu'il est face à des vagues bien régulières. S'il sort, il constate que ce n'est pas du tout cela...

Pour la lumière, nous sommes évidement en trois dimensions.
Quand on regarde l'ombre du disque on voit un point brillant central.

Tu me dis: Qu'est qu'on serait censé de voir si on place le tache de diffraction sur le centre de la lentille (de l'œil ou autre): rien. Les rayons traversent la lentille sans être déviés. Ils ne se concentreront pas quelque part sur la rétine.
Moi je pense qu'en regardant vers la source de lumière, cachée par la sphère, on devrait voir d'où vient la lumière qui constitue le point central.

Merci pour les réponses

Luc

[calculair]

Bonjour,

Je ne connaissais pas cette manip

Je pense compte tenu de la relation de phase très précise sur tout le bord de la sphère, il faut opérer en lumière cohérente, si non on perd la relation de phase nécessaire

[LPFR]

...
Je pense compte tenu de la relation de phase très précise sur tout le bord de la sphère, il faut opérer en lumière cohérente, si non on perd la relation de phase nécessaire

Bonjour Calculair.
En fait, non. On n'a pas besoin. Ce qu'il faut est que la sphère soit éclairée par une onde plane ou sphérique (de rayon très grand comparé aux dimensions de la sphère). Comme ça, tout le "terminateur" de la sphère est en phase, même si la lumière n'est pas monochromatique.
Cordialement.