Un crayon dans un verre d’eau (expérience du bâton brisé)

Un crayon plongé à moitié dans un verre d’eau semble être brisé au niveau de la surface. Cette expérience illustre le phénomène de réfraction de la lumière.

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
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Matériel

  • un verre rempli d’eau jusqu’à mi-hauteur ;

  • un crayon ou une paille.

Montage et réalisation

Placer un crayon dans un verre à moitié rempli d’eau et regarder les deux objets depuis différents points de vue.

Le crayon, selon l’angle sous lequel on le voit, peut apparaître soit comme deux morceaux disjoints, soit brisé.

Explications

La figure ci-dessous représente une coupe horizontale du verre, en haut juste au-dessus de la surface de l’eau, en bas juste en dessous de la surface de l’eau.
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Le tracé des rayons lumineux met en évidence que l’œil voit le crayon dans une direction différente selon qu’il s’agit de la partie du crayon dans l’air ou de celle qui est dans l’eau.
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La partie du crayon immergée dans l’eau paraît décalée latéralement par rapport à la partie émergée. Ceci correspond à l’observation de la figure ci-contre.
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Sur la figure ci-contre, on a représenté le trajet des rayons lumineux correspondant à l’observation par le dessus du verre. Le crayon paraît brisé au niveau de la surface de l’eau (ligne pointillée).
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Ceci correspond à l’observation de la figure ci-contre.

Remarques

On peut faire des observations analogues lorsqu’on se baigne en été. Si l’on tend une jambe vers l’avant alors qu’on est dans l’eau jusqu’aux cuisses, la jambe paraît brisée et nettement raccourcie.

L’effet de la réfraction est encore plus visible lorsqu’on est allongé dans une eau peu profonde ou dans une baignoire.

Références

Université en Ligne : Dioptre plan

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