Il permet d'enregistrer, par des phénomène - HAL

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L'expérience révèle directement par - ) le retard linéaire 2AP. 2m). (7mp.,2 pour ..... L'examen des oscillogrammes peut se faire de deux ma- nières. Quand les ...
Oscillographie interf´ erentielle Augustin Guyau

To cite this version: Augustin Guyau. Oscillographie interf´erentielle. J. Phys. Theor. Appl., 1914, 4 (1), pp.195206. .

HAL Id: jpa-00241886 https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00241886 Submitted on 1 Jan 1914

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195

rotation artificielle de l’ensemble d’un

ment,

sans

compensation inattendue,

système

se

manifeste réelle-

comme un

du

ordre du mouvement par rapport à l’ét7aer.

L’expérience

révèle directement

par

-) 2m)

le retard linéaire 2AP

(7mp.,2 pour un tour par seconde et une aire de 866 centimètres carrés) que la rotation d’ensemble du système optique produit dans l’éther entre les deux systèmes d’ondes inverses T et R pendant leur propagation autour du circuit. Ce retard est un effet. tourbillonnaii-e optique du vent relatif d’éther qui souffle dans le système tournant. Il ne dépend pas d’un vent de translation relative, mais seulement de la circulation relative C de l’éther et s’accorde avec la valeur de cette circulation calculée en supposant l’éther ainsi défini : un fluides imrnobile tî-ansmettant les ondes lumineuses avec zcne vitesse invariable.

OSCILLOGRAPHIE

INTERFÉRENTIELLE;

Par M. AUGUSTIN GUYAU.

1.

L’emploi du microscope pour l’observation et l’enregistrephotographique des petits mouvements est aujourd’hui entré dans la pratique du laboratoire et va peut-être entrer bientôt dans celle de l’industrie. Néanmoins il ne semble pas qu’on puisse dans cet ordre d’idées dépasser une amplification de 500. Pour aller plus loin, j’ai été amené à étudier et à faire construire par M. Jobin un appareil que j’ai appelé oscillographe interféren(ftg. 1 et 5). Il permet d’enregistrer, par des phénomènes d’interférence, des oscillations de quelques cent-millièmes de millimètre, à une échelle qui atteint facilement 15,000 sur la bande pelliculaire et 100,000 sur le diagramme final. En voici une description sommaire. Sur la surface vibrante, quelle qu’elle soit d’ailleurs, est collé un petit miroir plan F ( fig. 5). En face de celui-ci on peut amener un deuxième miroir plan E, rigidement lié au bâti de l’appareil, de manière à former entre les deux miroirs une lame d’air mince (de 1/20 -

ment

(1) Com,ptes

Rendus de l’Acadérnie des

Sciences,

10

mars

1913.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:019140040019501

196

millimètre par

exemple). Un

faisceau

lumineux, fourni par 1

une

lampe à mercure en quartz S et concentré sur la lame mince au moyen de deux lentilles B et D et d’un prisme C, dessine sur celleci des franges d’interférence rectilignes, verticales, qui sont projetées au moyen de deux autres lentilles G, H, sur une fente étroite J horizontale, derrière laquelle se trouve un animé d’un mouvement liélicoïdal (fig. f).

cylindre enregistreur

FIG. 1.

A, diaphragme et écrans B, ob,jectif ; C, prisme à réflexion tolale ; - D, objectif; E, miroir fixe de référence ; - F, miroir mobile G, ohjectif ; H, objectif; I, obturateur ; - J. fente’; M. chambre photographique ; K, tambour ; - L, arbre ; N, arbre creux; - 0, palier; Q, flexible ; - R, moteur ; - S, pivot P, volant ; à billes ; de T, tachymètre; - U, ruban de commande du tachyméti’e j -

-

-

-

-

-

-

-

-

-

réglage ; -

vis de

réglage ; 2013 V;;, vis

de fixation.

Limage ponctuelle des franges grave sur la pellicule, en coordonnées obliques, l’oscillogramme du mouvement étudié ( fig. 2et 3). L’écartement de deux franges consécutives fixe l’échelle à laquelle on doit lire le diagramme. Il est aisé de se rendre compte des avantages que présente la méthode interférentielle et de ses limites d’emploi. Les franges d’interférence dessinent les courbes de niveau de la lame d’air mince. Leur équidistance, sous des incidences normales, est une .

197

demi-longueur d’onde. Si l’une des place, il en est de même des courbes trajectoires orthog-onales permet de

surfaces de cette lame se déde niveau, et l’étude de leurs se rendre compte du mouvement de la surface. I~e cadre de cette étude ne me permet pas d’entreprendre le calcul complet du mouvement des franges en fonction

FIG. 2.

-

Oscillograrnme

Fréquences f = 42,,-,.

FIG. 3.

Fréquences f

=

-

de celui du miroir mobile

(’)

et

où les

Terllps

interférentiel.

de pose 8

= £ = 0,000E. a

je me placerai dans le cas dont on se franges sont rectilignes, à peu près

rapproche pratique, équidistantes et où le m )uvement de la surface mobile se fait perpendiculairernent à la surface de référence. Les trajectoires orthogonales des franges sont des droites, les apparences redeviennent périodiquement les mêmes, lorsque I«épaisseur de la lame a varié d’un -nombre entier de demi-longueurs d’onde, et, si l’on suit le mouvement de l’une des franges, son déplacement ortllogonal v est lié au déplacement correspondant u de la surface mobile et à la distance V de deux franges consécutives par la relation : en

.

Temps rle po- e o = L = 0b,000î>

Oscillogramme

512 C’V.

interférentiel.

On se place dans de bonnes conditions expérimentales en réglant les surfaces interférentielles de manière que Y - 1 millimètre environ. Le déplacement des franges mesure alors celui du miroir mobile à l’éclelle :

-

----

(

le

Téléphone

de

----

(Gauthier-Villars, édit.),

p. W6.

198

échelle que l’on multipliera facilement par le grossissement de l’image projetée sur le cylindre (3 par exemple, ce qui porte l’échelle à 15 000), puis ultérieurement par l’agrandissement des oscillogrammes (ce qui porte en définitive l’échelle de l’image observée à ~00 000 environ). On voit immédiatement que la réalisation pratique de l’appareil dépend, d’une part, du pouvoir actinique de l’image reçue par la pellicule photographique et, d’autre part, de la précision avec laquelle on pourra fixer la position d’un maximum lumineux. J’étudierai d’abord la question de l’éclairage de la lame Il. mince. Je me suis adressé pour la production de lumière monochromatique à la lampe à vapeur de mercure en quartz. L’étude de l’arc au mercure a donné lieu à d’importants travaux, notamment de la part de MM. Ch. Fabry et D. Berthelot. Je ne puis ici m’étendre sur ces propriétés et je renvoie à la très complète étude publiée tout récemment par D. Berthelot dans le Bulletin de la Société £nternat£onale des électriciens (février Le brûleur industriel que j’ai utilisé 110 a une intensité hémisphérique inférieure (4 ampères X volts) de 1200 moyenne bougies. L’énergie rayonnée étant maximaautour de la direction verticale, un prisme à réflexion totale m’a servi à dresser et à diriger horizontalement le flux lumineux. La lampe en quartz fournit un spectre continu auquel se superpose un spectre discontinu dont les quatre raies qui nous intéressent ici sont : -



Lorsqu’on la manipule à feu nu, il est indispensable de se protéger les yeux contre son rayonnement ultra-violet (~). J’ai isolé la raie violette en utilisant simplement la diminution rapide de sensibilité des émulsions photographiques lorsque la longueur d’onde augmente. Au moyen de verres colorés, à l’urane, par exemple (verres Fieuzal fonLes lunettes analogues à des lunettes d’autamobile doivent former joint étanche avec le visage.

(1) cés).

199

Voici, d’après MM. Lumière, les courbes de sensibilité de émulsions

FIG. 4.

leurs

4).

Courbes de sensibilité des émulsions photographiques. Lumière en fonction de la longueur d’onde.

-

On voit qu’avec des temps de pose courts, seuls les systèmes de franges dus aux raies violettes peuvent efficacement impressionner

FIG. D, objectif C, prisme à réflexion totale ; A, diaphragme et écran ; - B, objectif ; H, objectif. E, miroir fixe de référence; - F, miroir mobile; - G, objectif; -

-

-

;

-

une pellicule non orthochromatisée. Les raies ultra-violettes sont éliminées par le verre des lentilles interposées. Quant à la raie 0,4046,

200

j’ai identifiée par franges (onze franges

les décompositions et recompositions des environ entre deux coïncidences), un écran à l’esculine a suffi pour l’arrêter. J’ai résolu le problèrne de la concentration de la lumière sur les miroirs en formant sur ceux-ci l’image même de la source. Une première lentille B, placée près d’elle, en donne une première image. Une deuxième lentille D, servant en quelque sorte à conduire le faisceau jusqu’à la lame mince, donne sur celle-ci l’image définitive de la source. J’abandonne ici nettement l’éclairage en lumière parallèle qui conduirait à une illumination insuffisante. J’indiquerai plus loin dans quelle mesure la convergence de la lumière incidente peut nuire à la netteté des franges. Seule la lumière strictement indispensable doit être admise dans l’appareil sous peine de voile des émulsions sensibles. La position et la grandeur du diaphragme se trouvent définies par les caractéristiques du système optique d’éclairage. On devra matérialiser la pupille d’entrée (image de la deuxième lentille, par rapport à la

que

première). Les dimensions de cette pupille m’ont permis d’étudier comment varie l’illumination des miroirs lorsqu’on modifie les constantes du système optique (’ ). Si, d’une part, on admet que le flux lumineux est proportionnel àla surface de cette pupille et à l’inverse du carré de sa distance à la source; si, d’autre part, onobserveque l’illumination des miroirs est proportionnelle à ce flux lumineux et à l’inverse du carré du grossissement entre l’image définitive et la source, on trouve finalement que, pour une source déterminée, l’éclairement est proportionnel au coefficient :

et L

sa distance aux miroirs. Ce coefficient n’est autre que le carré de l’angle au sommet des pinceaux éclairants, issus de l’objectif D et tombant sur les surfaces interférentielles.

où D

désigne le diamètre de l’objectif D

III.

-

ments du

premier abord possible de disposer des élésystème optique de manière à donner à W des valeurs Il semble

au

relativement fortes.

(1) GUY AU,

loc.

cit., p.

85.

201

Il



ne

faut p pas Pperdre de vue,

néanmoins,

p que q plus

l’anole ED de n

convergence des pinceaux est grand, plus est variable l’incidence de la lumière éclairante. On superpose de la sorte une série de systèmes de franges qui correspondent à des incidences de plus en plus différentes : les maxima et les minima s’étalent, leur différence de luminosité diminue et les pointés sur un maximum lumineux deviennent peu à peu incertains. J’ai tenté une analyse du phénomène. Les calculs sont beaucoup trop longs pour être résumés ici. Je me contenterai d’indiquer les résultats. On peut admettre en première approximation que la netteté d’un système de franges dépend de la variation plus ou moins rapide de 1"intensité lumineuse au voisinage d’un maximum ou d’un minimum, c’est-à-dire de la dérivée seconde de l’intensité lumineuse. L’influence du non-parallélisme de la lumière incidente sur la netteté pourra être mise en évidence en calculant l’inverse du rapport de ces dérivées secondes : 1° Au voisinage d’un maximum lumineux en lumière parallèle sous l’incidence moyenne des pinceaux éclair ants ; ~° Aii voisinage d’un maximum lumineux en lumière non parallèle (ce maximum est légèrement déplacé par rapport au premier). J’ai trouvée), par des développements en série, qu’on peut en général mettre ce coefficient, au moins dans le cas de surfaces interférentielles en verre, sous la forme :

où À a

désigne

la

longueur d’onde,

l’incidence moyenne, c

e

l’épaisseur

= 12 nL le demi-angle

de la lame au

sommet

mince,

des

pin-

éclairants. L’énergie lumineuse surfacique concentrée sur les miroirs, définie pour une source déterminée par le coefficient W, est limitée par nécessité de conserver au coefficient K une valeur voisine de l’unité. ceaux

Le faible pouvoir réflecteur du verre et la forme sinusoïdale de l’intensité lumineuse des franges n’auraient cependant pas permis, avec des surfaces interférentielles de cette nature, d’aborder,

IV.

-

, GCYAU,

loc. cit., p. 91 et p. 122.

.

202

d’une part, l’enregistrement photographique de vibrations rapides et, d’autre part, de déterminer la position d’un maximum lumineux avec assez de précision pour procéder à des mesures intéressantes. J’ai eu recours à l’argenture de ces surfaces. Le miroir mobile F est argenté à fond, tandis que le miroir fixe de référence E n’est recouvert que d’une semi-argenture légère. Dans ces conditions, Hamy (1) a montré que les rénexions multiples de la lumière à l’intérieur de la lame mince produisent en général une condensation de lumière autour des maxima, une condensation d’ombre autour des minima, en même temps qu’une asymétrie dans la distribution des intensités rapprochant un minimum lumineux du maximum précédent, en sorte que le brusque passage d’un maximum lumineux à un minimum permet d’excellents pointés. Pour fixer leur précision, j’ai fait, au moyen d’un microscope à oculaire micrométrique et à très faible grossissement, une série de pointés sur un maximum lumineux. L’écart maximum sur la moyenne de dix pointés ne dépassait pas 0,02 de la distance entre deux franges consécutives, et l’erreur relative moyenne n’atteignait pas

0,01.

V. - Le calcul du système optique photographique qui projette des franges sur la fente du cylindre tournant n’offre pas de difficulté. On devra simplement s’assurer qu’il n’y a pas de perte de 1 montre le détail du dispositif d’enregistrement : lumière. La un moteur R entraîne un volant P, dont le moment d’inertie est 3,~~ . 10 C. G. S., et un arbre creux N. Ce dernier porte deux réglettes à 180° le long desquelles peut coulisser une couronne rainurée solidaire de l’arbre L du cylindre. Un tachymètre T indique la vitesse de rotation du moteur. Le cylindre K pèse 6 kilogrammes

l’image

(arbre compris), son diamètre est 45 centimètres, sa longueur 20 centimètres et son moment d’inertie 1,77.105 C. G. S. Il peut recevoir une pellicule de 12 centimètres de largeur et de 49 centimètres de longueur. Il est placé dans une boîte étanche à la lumière M munie d’un obturateur I et d’une fente J dont la longueur est de 1 centimètre et dont la largeur est réglable. Les parois latérales de cette boîte portent les coussinets de l’arbre conduit. Celui-ci, à son extrémité libre, est muni d’un pivot à billes S par le moyen (1) HAMY,

J. de

Phys.,

1906.

203

duquel s’exerce l’effort de traction qui détermine la translation du cylindre. L’autre extrémité s’engage dans l’arbre creux, muni du dispositif d’entraînement décrit plus haut. La liaison entre l’arbre conduit et l’arbre moteur offre quelques difficultés de réalisation. Toute inégalité périodique dans la vitesse de rotation, soit du cylindre, soit du moteur, amorce dans cette liaison lâche des balancements que l’on combat : 1 ° En équilibrant parfaitement le cylindre; 2° En munissant le moteur d’un volant lui-même très bien équilibré; 3° En donnant au système d’entraînement une forme symétrique par rapport à l’axe de rotation. Une asymétrie, en effet, tendrait à gauchir les pièces tournantes, à donner à leur centre de gravité un mouvement périodique de montée et de descente, donc à créer cor-

rélativement des inégalités périodiques de la vitesse de rotation. Voici un relevé qui donne un aperçu des conditions de marche de

l’appareil :

VI. Soit G le grossissement de l’image projetée sur le cylindre. Son pouvoir actinique est, pour une source déterminée, et des surfaces interférentielles de natures définies, proportionnel à l’éclairement W des miroirs et inversement proportionnel au carré de G. On le définira, d’une part, en fonction de W et de G au moyen du coefficient : -

et, d’autre part,

au

moyen du temps de pose minimum

qui permet

204

satisfaisante de l’émulsion sensible. Ce temps de en fonction de la largeur de la fente et de la vitesse circonférentielle a du cylindre : une

impression

pose est aisé à calculer

c’est exactement le même phénomène que pour l’obturateur de plaque, bien connu de tous ceux qui s’occupent de photographie

instantanée. Je ferai simplement remarquer que l’impression photochimique n’est pas seulement fonction du temps de pose, mais anssi de la vitesse de la frange lumineuse. Si l’on tient à avoir une grande netteté de tous les points de la courbe représentative de la vibration étudiée, il faut naturellement que ce temps de pose soit une très petite fraction de la période de cette vibration. Le calcul est facile à faire en se donnant l’amplitude du mouvement; mais, si l’on désire simplement connaître cette amplitude, définie par les positions des points d’élongation maxima, le problème se simplifie. Sans doute, la précision des mesures est une fonction complexe de la période, de l’amplitude, du temps de pose proprement dit et de l’importance photochimique de la trace lumineuse en ces points de vitesse nulle ; mais, en fait, il suffira,

de 2

une précision voiamplitudes de l’ordre sine de celle avec laquelle on peut repérer les franges au repos, que la vitesse de rotation du cylindre soit suffisante pour assurer une bonne séparation de deux maxima ou minima consécutifs, que l’image photographique obtenue ne soit pas trop fugitive et qne le à :0 de la période. J’ai obtemps de pose descende au-dessous 5 10

pour atteindre

avec

des

de 1

tenu de très bons

oscillogrammes

à la

fréquence

512

avec

des

am-

p1itudes u 0,071 et 2 0:"’,1.6 i et des temps de pose respectivement égaux à 6 ==osec,0003j et osec,00032. Avec des temps de pose de 0,0001 à 0,0002 seconde, on pourrait =

#

aborder l’étude des oscillations dont la

fréquence

atteindrait 1000.

Les coefficients W >t K permettent de préciser les conditions expérimentales et d’entreprendre, le cas échéant, un projet

Vil.

-

205

d’appareil différent de l’appareil type étudié, tant par les dimensions d’encornbrement que par les conditions particulières d’emploi. Les temps de pose que j’ai utilisés, avec des émulsions Lumière E, ont varié de OS,001 à OS,0002 dans les conditions suivantes :

d’où

avec

le diamètre D des objectifs D et G serdont on pourra partir pour détermifondamental paramètre En admettant que l’on éclaire avec dimensions. principales un arc à mercure en quartz et que l’on utilise des franges de lames argentées sensiblement analogues à celles que j’ai employées, on devra disposer du paramètre A de façon que son rapport à celui de l’appareil type soit au moins égal au rapport des temps de pose minima correspondants. J’ai dit qu’en première approximation l’illumination des miroirs était, avec des lentilles sphériques, indépendante des dimensions de l’image lumineuse formée par eux. On aperçoit immédiatement un moyen d’accroître dans de notables proporlions cette illumination en formant l’image parallèlement à la fente du cylindre et en condensant la lumière par la substitution aux lentilles sphériques de lentilles cylindriques à axes horizontaux. Les paramètres W et A seront multipliés par le rapport des dimensions transversales de l’image non déformée à l’image déformée, et l’on aura le moyen d’enregistrer les vibrations les plus rapides. Dans

un

projet d’appareil,

vira de ner les

VIII. nières.

L’examen des oscillogrammes peut se faire de deux maQuand les ondulations sont assez resserrées, on peut les -

206

microscope à platine mobile et à oculaire micrométrique donnant un grossissement extrêmement faible (5 à 6 par exemple). La méthode est précise, mais laborieuse et inapplicable à l’étude d’une bande pelliculaire d’une certaine longueur ; le procédé le plus expéditif consiste à introduire la pellicule dans une lanterne à projection et à en former l’image agrandie cinq ou six fois sur un écran. Les clichés, même les plus médiocres, donnent de bons conexaminer

.

trastes

avec un

sur

le fond très blanc de

l’écran,

et l’on

peut dessiner sur

celui-ci les courbes oscillographiques. J’ai fixé la précision obtenue dans les mesures ainsi faites en effectuant une série de vingt relevés différents sur une même demi-onde de l’oscillogramme 3). L’erreur moyenne de cette série d’observations a été :

et la limite

supérieure

des résidus :

0’’’,008. La

précision

atteinte

dépasse

donc le centième de micron.

CONTRIBUTION A L’ÉTUDE DES DÉCHARGES ÉLECTRIQUES DANS LES TUBES DE GEISSLER ET DES EFFETS SPECTRAUX PRODUITS PAR CES DÉCHARGES (1) ; Par M. MILLOCHAU.

Ces recherches ont été entreprises dans le but d’étudier compacomme le fait depuis longtemps M. Hemsalech, la déet le spectre correspondant obtenu. Et cela en me utilisée charge bornant au cas où la décharge est produite à l’intérieur d’un tube de Geissler.

rativement,

L’appareil employé (2 )

est

1).

représenté

( 1) Communication faite à la Société française de Physique : séance du juillet 1913. (’) Voir C. R. A. S., 3 octobre 19il . "

4