Prepa HelpInterféromètre de Michelson : cours, méthodes et exercices corrigés
Description de l'interféromètre, lame d'air et coin d'air équivalents, franges d'égale inclinaison et d'égale épaisseur, localisation, conditions d'éclairage et d'observation, défilement des franges, mesures de longueur d'onde, de doublet, de longueur de cohérence, d'indice et d'épaisseur, réglage et mise en œuvre expérimentale, lumière blanche selon la classe.
- 7méthodes
- 23exercices corrigés
- 6problèmes
- 16pièges
- 23figures
Ce que tu sauras faire
En 1887, l'interféromètre de Michelson a servi à chercher le mouvement de la Terre par rapport à un hypothétique éther ; en 2015, deux interféromètres du même principe, aux bras de quatre kilomètres, ont détecté des ondes gravitationnelles. Entre les deux, il est devenu l'instrument de mesure des petites longueurs, des indices et des spectres. Il fait interférer deux ondes obtenues en divisant l'amplitude d'une onde, ce qui permet d'utiliser une source étendue, donc lumineuse. À la fin, tu dois savoir :
- décrire l'interféromètre et le ramener à une lame d'air ou à un coin d'air ;
- établir la différence de marche en lame d'air et exploiter les anneaux d'égale inclinaison ;
- utiliser la différence de marche en coin d'air et exploiter les franges d'égale épaisseur ;
- citer et justifier les conditions d'éclairage et d'observation dans les deux configurations ;
- régler l'interféromètre et mesurer une longueur d'onde, l'écart d'un doublet, une longueur de cohérence, un indice ou une épaisseur.
Plan du cours
- 1. Description et schéma équivalent
- 2. Lame d'air : franges d'égale inclinaison
- 3. Coin d'air : franges d'égale épaisseur
- 4. Mesures avec l'interféromètre
- 5. Réglage et mise en œuvre expérimentale
- 6. Lumière blanche
Les méthodes du chapitre
Chaque méthode est une fiche : quand l'utiliser, le rappel de cours, les étapes, la rédaction attendue sur la copie, un exemple traité, les erreurs à éviter.
- Établir l'ordre d'interférence en lame d'air
- Exploiter des anneaux d'égale inclinaison
- Exploiter des franges d'égale épaisseur
- Mesurer l'écart d'un doublet ou une longueur de cohérence
- Mesurer une longueur d'onde, un indice ou une épaisseur par défilement
- Régler l'interféromètre et choisir l'éclairage
- Exploiter les observations en lumière blanche
Les exercices corrigés
Chaque exercice a ses indications, sa correction rédigée et ce qu'il faut en retenir.
Application directe (9)
- Ordre au centre des anneaux
- Rayons des anneaux
- Mesurer une longueur d'onde par défilement
- Interfrange d'un coin d'air
- Choisir la lentille de projection
- Brouillages du doublet du sodium
- Conditions d'éclairage et d'observation
- Régler l'interféromètre
- Mesurer une dilatation par défilement
Entraînement (11)
- Épaisseur déduite des rayons des anneaux
- Sens de défilement
- Indice de l'air
- Défaut de planéité
- Longueur de cohérence d'une diode électroluminescente
- Nombre d'anneaux fixé par l'éclairage
- Laser à deux modes
- Télémètre à balayage de fréquence
- Gravimètre à coin de cube
- Épaisseur d'une lamelle
- Spectre cannelé en lame d'air
Approfondissement (3)
- Largeur d'une raie par la transformée de Fourier
- Miroir légèrement sphérique
- Lambdamètre
Les problèmes de concours
Des extraits de sujets réels, corrigés en entier, avec la durée conseillée et les méthodes mobilisées.
- Doublet jaune du mercure au Michelson motorisé
- Le doublet de la raie rouge de l'hydrogène
- Un capteur interférométrique de déplacement
- Mesurer l'œil par interférométrie à faible cohérence
- Spectrométrie par transformée de Fourier
- Détecter une onde gravitationnelle
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