L’oeuf argenté

Le phénomène de réflexion totale fait paraître argenté un œuf ou une sphère recouverts de noir de fumée lorsqu’il est plongé dans l’eau.

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel
  • un œuf dur ou une sphère de polystyrène ou de métal

  • un rétroprojecteur

  • un verre et de l’eau

  • un fil de suspension en métal (longueur approximative : 30 cm).

Montage et réalisation

Attacher une sphère de polystyrène à un fil métallique et la frotter dans de l’encre de toner d’impression ou la tenir au-dessus de la flamme éclairante (flamme jaune) d’un bec Bunsen ou d’une bougie (pour récupérer le noir de fumée de la bougie).
La sphère se recouvre complètement d’une couche de noir.
Plonger la sphère noircie dans un verre rempli d’eau : on ne voit la couleur noire qu’à de rares endroits, la plus grande partie de sa surface paraît argentée.
Sortir la sphère de l’eau : elle est encore entièrement recouverte de noir de fumée.

Explications

Lorsqu’on recouvre la sphère de noir de fumée ou d’encre noire, de l’air reste emprisonné au milieu des particules. Cet air constitue une mince couche qui entoure l’œuf lorsqu’il est plongé dans l’eau.
La lumière qui arrive sur l’œuf rencontre un dioptre eau-air.
Lors du passage d’un milieu plus réfringent à un milieu moins réfringent, il y a réflexion totale de la lumière lorsque l’angle d’incidence est supérieur à l’angle limite.
Pour un dioptre eau-air, l’angle limite vaut 48,6°.

Sur la figure précédente, on a représenté une coupe de l’œuf ou de la sphère et quelques rayons particuliers qui parviennent dans l’œil d’un observateur situé face au verre. On négligera la réfraction de la lumière à la traversée du verre.
Le rayon 2 arrive sur le dioptre eau-air avec une incidence de 48,6°: il subit une réflexion totale sur la couche d’air. La sphère paraît donc argentée à cet endroit. La partie supérieure et la partie inférieure de la sphère reçoivent des rayons dont l’incidence est supérieure à 48,6° (type : rayon 3). Ces parties paraissent donc argentées.
La partie médiane de la sphère est éclairée par des rayons d’incidence inférieure (type : rayon 1). La lumière est partiellement réfractée sur la couche d’air puis diffusée par la couche de noir de fumée. La surface noire est donc visible pour l’observateur.

Remarques

L’expérience « Une bulle d’air argentée » illustre le même phénomène.

Références

Université en Ligne : Dioptre plan

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