La diffraction
Travail réalisé en 2005-2006 par :
Thierry DELANNOY ( 1°S5 euro) et Maxime DACHICOURT ( 1°S5 euro)
1. Les vagues : des ondes mécaniques.
Les vagues qui sont des ondes mécaniques peuvent subir différents phénomènes physiques lorsqu’elles rencontrent des obstacles. Ces obstacles peuvent être liés à un relief côtier (caps griz ou blanc nez, rochers,jetées...), à un changement de pente du fond marin (estran sableux ou rocheux) ou à des ouvertures de passage de vagues (baies,entrées de ports...). Ces phénomènes s'observent facilement pour celui qui sait observer. Il faut tout d’abord savoir que les vagues peuvent être assimilées à des ondes rectilignes et parallèles, c’est à dire que deux vagues consécutives sont espacées régulièrement d'une longueur d'onde l :
fig.1
Lorsque qu’elles rencontrent un obstacle il peut y avoir trois principaux phénomènes selon la nature de l’obstacle :
2. Les trois phénomènes principaux.
La réfraction mécanique:
La réfraction apparait lorsque les vagues rectilignes et paralleles arrivent d’une zone d’eau profonde vers une zone de profondeur moindre ou il y a une sédimentation par exemple. Celles-ci se courbent alors et changent de direction.
La réflexion mécanique:
La réflexion s'observe lorsque des vagues paralléles et rectilignes arrivent sur un mur ou tout autre obstacle fixe empêchant leur progression. Celles-ci se réfléchissent et changent de direction de propagation et s'éloigne de l'obstacle.
La diffraction mécanique:
Il y a une diffraction lorsque des vagues rectilignes rencontrent un mur, une digue… percés d’une ouverture de petite taille ou de taille moyenne . Dans certains cas les vagues se courbent alors et s’arrondissent en passant par cette ouverture. Elles ne sont plus rectilignes mais cette fois circulaires:
C’est ce phénomène auquel nous nous sommes intéressé et que nous avons voulu vérifier. Pour cela nous nous sommes rendus sur la plage de Boulogne sur Mer près du lieu dit «de la Crèche» et a l’aide de planchettes, nous avons fait plusieurs expériences pour mettre en évidence ces phénomènes.
Une première expérience avec une très petite ouverture:
Expérience concluante !, vous pouvez vous même voir les vagues s’arrondir ! L'ouverture est petite et l'onde au départ rectiligne, en passant par ce trou, devient circulaire. Le centre du trou est le centre des rides circulaires. Nous avons mesurer la longueur d'onde et elle est conservée. La vitesse des vaguelettes reste la meme.
Vagues rectilignes et vagues diffractées à travers le trou
Une deuxième expérience avec une ouverture plus large:
Les vaguelettes sont un peu moins diffractées. Les vagues restent rectilignes au centre du trou mais elles se diffractent sur les les bords.
Vagues rectilignes au milieu du trous et légerement arrondies après.
Une troisième experience avec une ouverture encore plus large:
Dans ce cas, on remarque que les vaguelettes ne sont plus diffractées par l'ouverture,les crêtes des vagues restent paralleles. La longueur d'onde est toujours la même. On remarque qu'il y a quand même une petite diffraction sur les bords de l'obstacle.
Vagues rectilignes au milieu et vagues diffractées sur les bords.
Les conclusions de nos observations et mesures:
Pour toutes ces expériences, nous avons remarqué que la longueur d’onde des vagues avant et après diffraction est constante , c’est à dire que la distance séparant deux vagues se conserve. La vitesse des vaguellettes n'a donc pas changée.
Des animations récapitulant ces phénomènes sont disponibles. L'une d'elle permet de choisir l’ouverture de diffraction et la
longueur d’onde des vagues.
adresses ci-dessous
http://www.msu.edu/user/brechtjo/physics/interfaceOptics/interfaceOptics.html
http://www.ngsir.netfirms.com/englishhtm/Diffraction.htm
3. Les conséquences sur le milieu naturel
Le phénomène de la diffraction a plusieurs conséquences sur la forme du relief cotier. Cela entraîne un dépôt de sédiments divers derrière les obstacles: rochers, caps, jetées, récifs… et contribue donc au modelage du paysage cotier. Nous connaissons bien ce phénomène chez nous avec la présence du cap gris nez qui est responsable du phénomène de "poulier".
sédimentation à l’angle de la jetée du Port de Boulogne sur Mer
Lexique:
Une onde est une propagation d'énergie, engendrée par une perturbation, qui produit sur son passage une variation des propriétés physiques locales.
La réfraction, c'est la déviation de la direction de propagation d'une onde lorsque celle-ci change de milieu.
Lorsqu’une onde atteint un obstacle, une partie de l’onde est réfléchie; l'angle de réflexion est égal à l'angle d'incidence.
La diffraction est la diffusion d'une onde par un objet. La diffraction a pour conséquence la formation du disque d'Airy au foyer d'un instrument optique.
La longueur d'onde est la distance séparant deux crêtes successives d'une onde périodique. On la dénote communément par la lettre grecque (lambda). Mathématiquement, on peut la définir ainsi : si l'onde peut être représentée par une fonction périodique f qui prend comme argument la distance x, alors la longueur d'onde est le plus petit intervalle l tel que pour tout x,on ait:
f(x+l)=f(x)
Par analogie avec la notion mathématique homonyme, on la dénomme aussi parfois improprement période. En physique, la période est l'équivalent temporel de la longueur d'onde l :la période est le temps minimal qui s'écoule entre deux répétitions identiques de l'onde en un même point.
Formation d’un dépôt par gravitation de particules solides en une zone du fluide dans lequel elles étaient en suspension. Ce dépôt caractérise les sédiments.