Représentation de Fresnel Optique Physique Généralités. Conditions d'interférences Représentation de Fresnel des ondes lumineuses Principe Cette représentation permet d'illustrer de manière simple les vibrations sinusoïdales de même fréquence, de comparer leurs phases et de les additionner. Soit une vibration de forme générale s = a cos ( w t + F) où F est un terme de phase global qui s'explicitera en fonction du type d'onde étudié. Cette vibration est représentée par la composante suivant l'axe: d'un vecteur de norme a tournant autour de O à la vitesse angulaire w à l'instant t = 0 il fait un angle + F avec l'axe de vecteur unitaire Les angles sont orientés dans le sens trigonométrique direct. L'extrémité P du vecteur décrit donc, à la vitesse angulaire w, un cercle de centre O et de rayon a. Le vecteur est représenté à l'instant t = 0. Soit une vibration lumineuse représentée en M de côte z par: on lui associe le vecteur faisant, à l'instant t = 0, l'angle Au fur et à mesure que l'onde se propage dans le sens Oz, la différence de phase évolue suivant et le vecteur tourne sur le cercle de rayon a.
Même fréquence Fréquences voisines La représentation de Fresnel est souvent délaissée au profit de l'usage des complexes ou de la représentation analytique. C'est pourtant un outil puissant qui simplifie souvent les calculs et qui a l'avantage de bien visualiser les phénomènes étudiés. Dans la représentation de Fresnel, on associe à la grandeur x 1 (t) = (ωt + φ 1) un vecteur V 1 qui tourne autour de l'origine avec la vitesse angulaire constante ω. La grandeur physique étudiée est la projection de ce vecteur sur l'axe vertical Oy. De même, à la grandeur x 2 (t) = (ωt + φ 2) on associe le vecteur V 2. La grandeur x(t) = x 1 (t) + x 2 (t) est la projection du vecteur V = V 1 + V 2 sur l'axe Oy. Cette représentation met en évidence les différences de phase entre les grandeurs à additionner et facilite l'écriture des relations trigonométriques. La représentation de Fresnel permet également l'étude des phénomènes de battement entre des grandeurs scalaires de fréquences voisines. Attention: Dans le cas où les grandeurs étudiées sont des grandeurs vectorielles, les vecteurs tournants de la représentation de Fresnel représentent l'évolution des amplitudes au cours du temps.
Reprsentation de Fresnel Dans la représentation de Fresnel, on associe à la grandeur y 1 (t) = (ωt + φ 1) un vecteur V 1 qui tourne autour de l'origine avec la vitesse angulaire constante ω. La grandeur physique étudiée est la projection de ce vecteur sur l'axe vertical Oy. Attention: Dans le cas où les grandeurs étudiées sont des grandeurs vectorielles, les vecteurs tournants de la représentation de Fresnel représentent l'évolution des amplitudes au cours du temps. Ils ne correspondent pas à la direction des vibrations. Quand on étudie les phénomènes d'interférences optiques, les vibrations qui peuvent interférer doivent avoir la même direction de vibration et être cohérentes. Somme de deux vibrations de même fréquence et cohérentes. Soient y 1 (t) = (ωt + φ 1)et y 2 (t) = (ωt + φ 2) les amplitudes de deux vibrations. A y 1 (t) on associe le vecteur V 1 et à y 2 (t) le vecteur V 2. L'amplitude de la vibration résultante y(t) = y 1 (t) + y 2 (t) est la projection du vecteur V = V 1 + V 2 sur l'axe Oy.
Ils ne correspondent pas à la direction des vibrations. Quand on étudie les phénomènes d'interférences optiques, les vibrations qui peuvent interférer ont la même direction de vibration. Utilisation On représente (en rouge) la somme de deux grandeurs scalaires (vert et bleu) de même fréquence pour différentes phases relatives. Un slider permet de modifier cette différence de phase. Un autre permet de modifier les amplitudes relatives a et b (0 < b / a ≦ 1) des deux grandeurs. On peut aussi représenter la somme de deux grandeurs de fréquences voisines. Examinez alors l'influence des amplitudes relatives sur la forme des battements. Jean-Jacques ROUSSEAU