Une lentille qui distingue les couleurs ?

Une bouteille remplie d’eau peut être utilisée comme une lentille qui inverse les images de façon surprenante.

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 Capture_01_opt007

Matériel
  • une bouteille transparente avec bouchon ou un tube à essais avec bouchon

  • une feuille de papier et des crayons de couleur

Montage et réalisation

Remplir complètement une bouteille transparente avec de l’eau et la boucher.

Ecrire sur une feuille de papier les mots suivants en majuscules d’imprimerie :

ANNY

BICHE

Si l’on tient la bouteille à une hauteur d’au moins 5 cm à la verticale de l’inscription, on voit l’image entière mais renversée symétriquement par rapport à l’axe de la bouteille.
Capture_02_opt007
L’inscription de la première ligne, ANNY, est à l’envers Capture_03_opt007
alors que celle de la deuxième ligne, BICHE, reste apparemment à l’endroit.

 

Explications

La section de la bouteille, perpendiculairement à son axe, est circulaire. L’image de l’inscription donnée par la bouteille correspond donc à celle qu’on obtiendrait à travers une lentille biconvexe de faible rayon de courbure.
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 Sur la figure ci-dessus, on a représenté le trajet de quelques rayons lumineux à travers la bouteille.

L’image qui se forme est renversée par rapport à l’axe de la bouteille.

La distance entre la bouteille et l’inscription ainsi que la distance entre la bouteille et l’observateur doivent être supérieures à la distance focale de la « lentille ».

L’image ne présente pas de déformation dans la direction de l’axe de la bouteille (c’est une lentille cylindrique).

Les rayons sont seulement déplacés perpendiculairement à l’axe, il n’y a pas d’inversion entre le côté droit et le côté gauche.

L’inscription de la deuxième ligne est renversée tout comme la première, mais ce renversement n’est pas visible car les lettres de la deuxième ligne (BICHE) sont symétriques par rapport à un axe horizontal.

Remarques

Si chaque ligne est écrite d’une couleur différente, l’observateur peut être induit en erreur : il pense que c’est la couleur qui est la cause physique de l’inversion de l’image (indices de réfraction différents pour la lumière bleue et la lumière rouge).

Si l’on ne remplit la bouteille qu’à moitié, on obtient une lentille plan-convexe. Ceci ne change rien à l’inversion de l’image.

Références

Université en Ligne: lentilles épaisses ; lentilles minces

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