Le cylindre de papier lumineux

Avec une feuille de papier roulée en cylindre dans lequel on fait passer un faisceau laser, on explique ici la différence entre la réflexion spéculaire et la réflexion diffuse de la lumière.

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel
  • un pointeur laser vert ou rouge suffisamment puissant

  • du papier blanc (80 g/m²)

  • un miroir

  • du ruban adhésif

Montage et réalisation

Faire un cylindre creux de papier en collant bord à bord avec du ruban adhésif les petits côtés d’une feuille de papier de format A5.
Poser ce cylindre verticalement sur une feuille de papier blanc ). Placer le pointeur laser à environ 30 cm au-dessus du dispositif.
Orienter le laser selon la direction de l’axe du cylindre pour que le faisceau arrive sur la feuille de papier horizontale).
Si la pièce est sombre, on observe que la totalité de la paroi latérale du cylindre diffuse de la lumière dont la couleur est celle de la lumière laser utilisée.
A titre de comparaison, il est intéressant de remplacer la feuille de papier horizontale par un miroir. Si l’on s’assure que le faisceau laser ne touche pas la paroi cylindrique, celle-ci reste presque complètement sombre. On peut voir au plafond le spot du faisceau réfléchi si l’on incline légèrement le faisceau par rapport à l’axe vertical du cylindre.

 

Explications

Examinons les deux cas de figure :

Lorsque c’est le miroir qui est placé sous le cylindre, le faisceau laser subit une réflexion spéculaire sur le miroir : il ressort du cylindre sous forme d’un faisceau directionnel

Lorsque le faisceau incident arrive sur la feuille de papier, il subit une réflexion diffuse dans toutes les directions (diffusion) car la surface du papier est mate.
Toute la paroi intérieure du cylindre s’en trouve éclairée. Une partie de la lumière traverse le papier en subissant de nouveau une diffusion.
Un observateur extérieur voit la totalité du cylindre émettre uniformément de la lumière car tous les points de la surface du papier émettent de la lumière dans toutes les directions par suite des deux phénomènes de diffusion décrits plus haut.

Références

Université en Ligne :miroir plan

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