TP 12 - classes prepas du lycee les eucalyptus

Physique-Chimie - PSI TP n°12
Placer un coin de feuille au niveau
des miroirs et en faire l’image
sur l’écran avec la lentille convergente
f ′ = 200 cm.
Donner un petit angle entre les
miroirs = coin d’air.
Charioter très légèrement, observer
sur l’écran les franges du coin
d’air.
Régler de manière à ce qu’elles
soient verticales.
III.2 Etude des franges
Mesure de l’angle α du coin d’air
En jouant sur les vis de rotation rapide (1) et (2) ou lente (4)
et (5) on fait varier α pour qu’il y ait une dizaine de franges bien
contrastées, dans le champ.
Retrouver l’expression de l’interfrange i, i = λ
, dans le cas
d’un angle α faible entre les miroirs.
On peut alors mesurer l’interfrange i ′ du système de franges
sur l’écran de projection. Et en déduire une estimation de l’angle
α du coin d’air après avoir évalué le grandissement transversal γ
dû à la lentille (L2).
IV Observation des franges en
lumière blanche
Source lampe blanche au foyer d’un condenseur
Michelson M1 ∦ M2 Contact optique
Observation miroirs
écran=image des
par f
miroirs
′ = 200 cm
Teintes de Newton
Remplacer la lampe spectrale par une source de lumière blanche.
A l’aide d’un filtre interférentiel (vert, par exemple) retrouver
les franges puis revenir au contact optique CO : la teinte observée
est qualifiée de « plate » au sens où elle est uniforme.
Retirer le filtre interférentiel afin d’observer les franges colorées
en lumière blanche.
Si on n’observe pas de franges, charioter très légèrement 2 et
très lentement pour essayer de les ramener dans le champ.
Spectre canelé
Si on n’y parvient pas, une technique efficace consiste à placer
une fente en sortie du Michelson et à observer celle-ci à l’œil
à travers un prisme à vision directe (PVD), un réseau ou encore
un spectromètre de poche : on observe alors un spectre cannelé.
Par rapport au spectre continu de la lumière blanche, quelques
bandes noires apparaissent dans le spectre : ce sont les cannelures.
Afin de se rapprocher encore du contact optique, on cherche à
réduire au maximum le nombre de cannelures en jouant finement
sur l’inclinaison du miroir M2.
2α
Si malgré cela les franges en lumière blanche restent invisibles,
reprendre le réglage du Michelson au début...
V Mesures
Revenir sur le réglage en lame d’air à faces parallèles.
V.1 Mesure d’un longueur d’onde ou
d’un déplacement
Le défilement d’un anneau correspond à une translation
du miroir M1 de λ/2.
En faisant défiler un grand nombre d’anneaux (de façon
à obtenir une bonne précision sur λ) on déduit la valeur de
la longueur d’onde d’une radiation monochromatique de la
mesure du déplacement du miroir M1.
Cette mesure s’effectue :
– Translater lentement et régulièrement le miroir M1
par l’intermédiaire du moteur électrique d’entraînement
(vitesse de rotation d’un tour (0, 5 mm) en 15
minutes soit environ 2 franges par seconde),
– Enregistrer les variations d’intensité lumineuse au
centre de la figure d’interférence avec une photodiode
couplée à un compteur : on peut ainsi faire défiler plusieurs
milliers de franges !
Inversement, si λ est connue, le Michelson permet alors
de mesurer des déplacements avec une précision de l’ordre
de grandeur de la longueur d’onde.
V.2 Mesure de la différence de deux longueurs
d’onde voisines
Eclairer le Michelson avec la lampe à vapeur de sodium.
La raie jaune du sodium est un doublet de longueurs
d’onde très voisines λ1 = 589 nm et λ2 = λ1 + ∆λ.
Le défilement des anneaux fait apparaître une variation
du contraste des franges avec des disparitions périodiques
de celles-ci. Les deux longueurs d’onde étant incohérentes,
il y a superposition de deux systèmes de franges qui vont
se trouver tantôt en coïncidence (contraste maximal), tantôt
en anti-coïncidence (donc « brouillage » des franges et
contraste nul).
Montrer que le déplacement du miroir M1 entre deux
anti-coïncidences vaut : ∆x = λ1λ2
2∆λ .
Mesurer le déplacement du miroir entre une quatre ou
cinq zones de brouillage et en déduire la valeur de ∆λ
connaissant la longueur d’onde λ1.
2. Il faut donc se souvenir dans quel sens on chariotait le miroir M1 au moment où on cherchait le contact optique.
K. Brunel page : 3 Les Eucalyptus - Nice