Polarisation de la lumière (projet "faites de la science")

Publié le par Eric Durand

Niveau "collège"

La lumière peut être vue comme des  "vagues" de plusieurs sortes.
Certaines ondulent verticalement, comme les vagues de la mer, ou des spectateurs dans une "Ola".
D'autres ondulent horizontalement , comme un serpent sur le sol.
Pour d'autres encore, l'ondulation est oblique (de travers)

La lumière du soleil ou d'une lampe contient toutes sortes de "vagues" . Il est possible de sélectionner une sorte précise, avec un film "polarisant"  (appelé aussi "polariseur"). Placé verticalement devant de la lumière , il ne laissera passer que les vagues "verticales". Placé horizontalement , il ne laissera passer que les vagues "horizontales". Par conséquent , un polariseur "vertical" bloquera les vagues "horizontales" (et inversement) .
C'est pour ça qu'en "croisant" deux polariseurs on ne voit plus rien à travers  (tout est bloqué).

D'où l'utilisation des polariseurs en stéréoscopie  : puisqu'il faut que l'oeil gauche ne voie que la "vue de gauche", que l'oeil droit ne voie que la "vue de droite" , voilà comment on fait :



L'avantage de cette technique est que l'on préserve les couleurs naturelles , bien plus facilement qu'avec des anaglyphes. Mais il faut un écran spécial (et cher) pour préserver les polarisations.


Allez un peu de courage ... c'est parti pour le
Niveau supérieur

Tout le problème c'est cette histoire de "vagues".

La lumière est faite de petits "grains" que Einstein a appelé "photons".
Il serait bien pratique de dire que ce sont ces grains qui avancent tout en ondulant (et plein de gens le croient ).
Attention, la représentation qui suit est FAUSSE!!!

La réalité est plus complexe et pour cela il est indispensable de parler de "CHAMP" (électrique, magnétique).
Dites moi si les explications qui suivent vous paraissent claires, ça m'intéresse ...


Exemple de champ : champ magnétique d'un aimant

Tout le monde sait qu'un aimant n'est pas un objet comme les autres .
Si on place devant un aimant (collé sur une table) un canard en plastique , il ne se passe rien (ça va jusque là?)
Si par contre on approche un objet en fer, il est tout de suite attiré vers l' aimant  .

Pour Pour qu'il y ait une force "magnétique" qui tire un objet , il faut donc deux choses
- qu'un objet se trouve à proximité d'un aimant, dans sa "zone d'influence".
- ... et que cet objet soit sensible à l'action des aimants.

Cette force qui tirera l'objet vers l'aimant dépend elle
- de l'objet  (masse, dimensions, matériau...)
- de la "grandeur" de l'influence de l'aimant là où l'objet se trouve (interviennent: la "puissance" de l'aimant, la distance à laquelle il se trouve ... ) .

Pour qu'il y ait une force d'attraction il faut donc   un objet "attirable"  ET  une  "influence" .
C'est là ce qui est un peu compliqué à comprendre: ce que j'appelle "influence" n'est pas une FORCE . La force naît de la combinaison objet+ influence .  (preuve : le canard bien que placé dans la zone d'influence de l'aimant ne subit aucune force .)subit

C'est cette fameuse "influence" (et sa mesure , partout autour de l'aimant) qu'on appelle "champ " (magnétique) .
On peut voir les "lignes de champ" d'un aimant en plaçant de la poudre de fer (et même des boussoles ) autour d'un aimant . Ces lignes montre dans quelle direction l'aimant attirera un objet (si c'est possible )



Il existe d'autres sortes d'influences à distance (sans contact) .

Par exemple, une boule chargée d'électricité "positive" attire vers elle les objets chargés "négativement"  (mais n'attire pas les objets non chargés) .
Comme pour les aimants, un objet sera attiré vers cette boule  qu'à deux conditions:
- qu'il soit lui-même chargé
- qu'il se trouve dans le "champ d'influence"  de la boule . Il s'agira maintenant d'un "champ électrique".
Voici les "lignes de champ" (électrique) pour la boule chargée . Chaque ligne représente la direction et la "grandeur" de l'influence de la boule centrale (à l'endroit où la flèche commence)
(comme pour un aimant, on voit que plus on s'éloigne de la boule, plus l'influence baisse)





Maintenant que vous comprenez -à peu près- ce que c'est qu'un "champ"  magnétique  et qu'un "champ" électrique, revenons à nos photons .

Vous allez  maintenant devoir me croire sur parole, et apprendre  qu'un photon qui avance (en ligne droite, à 300 000 km par ... seconde)  se comporte
- comme un aimant  
- qui serait placé perpendiculairement à la direction d'avancement,
- qui n'exercerait une influence magnétique que dans son prolongement
- et qui pour finir , changerait régulièrement (en intensité et sens d'influence) .

J'ai essayé de représenter ce que je raconte comme ça :




On peut aussi représenter les choses comme ça :



C'est ça, la fameuse "vague" qui oscille horizontalement, ou verticalement (ou autre) , et que les polariseurs sont capables de transmettre ou de bloquer. 

On va donc faire de la stéréoscopie en utilisant (par exemple) une vue de gauche faite de photons à champ magnétique vertical, et de photons à champ magnétique horizontal pour la vue de droite.


Allez, pour finir...

Non seulement un photon se comporte comme un aimant variable, mais il se comporte aussi ... comme une charge électrique variable (et qui n'agirait que perpendiculairement à la direction de propagation, perpendiculairement au champ magnétique !

Ca donnerait ça :



PS : c'est la valeur de la "longueur d'ondes" qui donne à la lumière visible sa couleur
(de violet: 0, 0004 mm   à rouge 0,0008 mm)


Voilà ! Interro demain ! ^^













Publié dans (profs) projet 3D

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