La paroi de verre opaque

Cette expérience nécessite plusieurs lames de verre placées les unes sur les autres, et elle est d’autant plus spectaculaire que le nombre de lames est grand. Dans ce cas la lumière se perd dans les réflexions successives sur chacune des faces, et l’empilage de lames se comporte comme une paroi de verre opaque. Il existe un moyen très simple de rendre cette paroi transparente. Lequel ? Regardez le clip.

Fiche d’accompagnement de l’expérience:image clé

Matériel
  • 100 lames porte-objet, ou bien d’autres petites lames de verre fines, si possible de la même taille ;

  • une assiette ou une boîte de Pétri ;

  • des élastiques (rubans de caoutchouc) ;

  • éventuellement de l’alcool (méthanol).

Montage et réalisation

Réaliser 4 empilements de lames tenues par un élastique :

  • le premier comporte une lame

  • le second 10 lames

  • le troisième 30 lames

  • le quatrième 50 lames

Placer ces empilements devant une règle graduée.

Observer à travers chacun des empilements les graduations de la règle.

Constater la diminution de la transparence des empilements au fur et à mesure que le nombre de lames augmente.

Placer ensuite l’empilement des 50 lames dans une assiette rmplie de méthanol.

Attendre quelques instants que le méthanol monte par capillarité entre les lames.

Constater que la transparence de l’empilement augmente.

Explications

Lorsqu’un faisceau de lumière arrive sur la surface de séparation entre deux milieux transparents, une partie de la lumière subit une réflexion sur la surface et le reste est transmis.

Si l’on admet que le pourcentage de lumière réfléchie est de 4 % (en incidence normale) sur chaque dioptre air-verre (ou verre-air) soit 8% pour une vitre, le pourcentage de lumière transmise n’est que de 92 % de l’intensité incidente à chaque traversée. L’intensité I de la lumière ayant traversé n lames de verre n’est plus que :

L’intensité lumineuse n’est plus que

92% de l’intensité incidente après la traversée d’une lame,

44,2 % de l’intensité incidente après la traversée de 10 lames,

8,6 % pour 30 lames et

1,6 % pour 50 lames.

Ceci explique la diminution de transparence constatée dans l’observation des graduations de la règle au travers des différents empilements.

Pour limiter les pertes d’intensité lumineuse, il faut remplacer l’air situé entre les lames par un milieu ayant le même indice de réfraction que le verre utilisé, ou du moins presque le même.

Le verre courant a un indice de réfraction compris entre 1,4 et 1,7.

L’indice de l’eau est de 1,33 et les indices de certains alcools sont compris entre 1,3 et 1,4.

Lorsqu’on pose l’empilement verticalement dans l’assiette remplie de méthanol par exemple, celui-ci monte par capillarité dans les interstices de l’empilement où il remplace l’air.

Il en résulte une diminution des pertes d’intensité lumineuse à la traversée de chaque dioptre, si bien que la transparence de l’empilement augmente.

Remarques

L’indice relatif verre-methanol est :

,

c’est à dire environ 1,13.

Cette valeur est proche de 1, si bien que la lumière n’est pratiquement pas affectée par le passage d’un milieu à l’autre.

Références

Université en Ligne : Dioptre plan

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Une réflexion au sujet de « La paroi de verre opaque »

  1. Samuel Gougeon

    Bonjour,

    Merci pour ce petit moment d’optique sympathique. La vidéo et la fiche m’inspirent deux remarques :

    a) sur le schéma d’illustration de la réflection partielle / réfraction, l’angle de réfraction dans le verre est plus grand que l’angle d’incidence. La réalité est inverse. Pourquoi ne pas la respecter ?

    b) la relation Ro = [(n-n’)/(n+n’)]^2 — et sa courbe Ro(n) pour n’=1,50 — n’apparaissent nulle part, alors qu’au moins la dépendance en (n-n’)^2 est au coeur de l’explication. C’est probablement un parti pris. Je m’abstiendrai assurément de vous inviter à détailler la discussion des réflexions partielles en cascade ; mais a minima, la formulation la plus simple de Ro me semble vraiment manquer.

    Bonne continuation
    Cordialement

    Répondre

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