Voir à travers une vitre malgré le reflet

Combien de fois, en faisant du shopping, avez-vous été gênés par le reflet de la rue dans la vitre des magasins, empêchant de voir les marchandises exposées à l’intérieur ? Voici pourquoi, ainsi qu’un moyen simple d’atténuer cette gêne, grâce à une paire de lunettes fournie dans les cinémas pour voir un film en relief. 

Fiche d’accompagnement de l’expérience: 

 

Matériel
  • une automobile

  • une coupelle ou une tasse

  • de l’eau

  • une pièce de monnaie

  • une feuille souple de filtre polarisé linéaire

  • une paire de lunette 3D à verres polarisant pour le cinéma

  • une vitre

  • un support de vitre

  • un plateau tournant

  • deux polariseurs sur monture optique

  • des supports optiques

  • un support en bois

  • un objet coloré

 

Montage et réalisation

Observer l’intérieur d’une voiture par les vitres latérales ou le pare-brise lorsqu’elle se trouve dans un environnement très lumineux et que les vitres réfléchissent le ciel ou les bâtiments environnant.

Il est difficile de voir à l’intérieur de la voiture

Interposer sous un certain angle un filtre polarisant (par exemple un verre de lunette utilisée au cinéma pour la 3D) et l’orienter convenablement.
Observer alors l’intérieur de la voiture.

Placer une pièce de monnaie dans une cuve remplie d’eau et observer cette pièce lorsque la cuve est placée dans un milieu très lumineux qui réfléchit, grâce à la surface de l’eau, l’environnement (projecteurs, soleil ou autres sources lumineuses).

Interposer un filtre correctement orienté et observer maintenant cette pièce sans problème.

Interposer un filtre correctement orienté et observer maintenant cette pièce sans problème.

Eclairer de façon intense le fond d’une salle peinte en vert.

Placer devant ce mur, sur un piédestal en bois, un objet coloré, et intercaler entre l’objet et le mur une lame de verre transparente, le tout étant posé sur un support tournant.

Tourner l’ensemble objet-lame de verre et observer l’objet à travers la lame de verre suivant un angle compris entre 56 et 60° par rapport à la normale au plan de la lame de verre (ce qui correspond à l’angle de Brewster).

L’objet reste visible mais il est noyé dans la lumière verte réfléchie par la vitre transparente.

Placer devant notre œil (ou l’objectif de la caméra) un filtre polarisant (tels les filtres utilisés pour les lunettes de vision 3D du cinéma).
Tourner le filtre jusqu’à un certain angle : il est alors possible d’éteindre presque totalement la lumière verte qui perturbe l’observation de l’objet derrière la vitre.

Explications

Si nous utilisons deux filtres polarisants fixés sur deux montures orientables nous pouvons observer le même phénomène.

Lorsque les deux filtres ont leurs axes de polarisation parallèles ils laissent passer pratiquement toute la lumière.

Si leurs axes de polarisation sont orthogonaux il y a extinction quasi totale de la lumière.

Revenons à notre objet :

Lorsque nous nous plaçons entre 56 et 60° par rapport à la normale à la lame de verre nous observons une lumière réfléchie issue de l’objet et par cette lame totalement polarisée (ou presque), perpendiculairement au plan d’incidence, tandis que la lumière issue de l’objet et qui traverse la lame de verre n’est pas polarisée.

Si nous plaçons maintenant un filtre polarisant devant notre œil et que nous croisons les deux directions de polarisation, nous obtenons l’extinction de la lumière réfléchie par la vitre, ce qui nous permet d’observer distinctement l’objet placé derrière.

Remarques

En complément de cette expérience, vous allez pouvoir agir, par vous-mêmes, sur 2 polariseurs et faire varier l’écart angulaire entre leurs axes de polarisation.

En haut, à gauche de l’écran, figure l’intensité lumineuse (en lux), mesurée à l’aide d’un luxmètre, qui correspond à l’intensité lumineuse transmise à travers 2 polariseurs dichroïques.

Au départ les 2 polariseurs ont leurs axes de polarisation parallèles, puis en tournant le second on croise les axes de polarisation d’un angle que l’on mesure sur le vernier gradué de -90° à +90°.

Relever les intensités mesurées en fonction de l’angle entre les deux polariseurs et vérifier la loi de Malus qui donne la fraction de l’intensité d’une onde polarisée rectilignement (par un premier polariseur) passant à travers le 2 ème polariseur et qui s’exprime par :

Le film Polaroïd est fait de plastique d’alcool polyvinylique (PVA) dopé à l’iode.

Le PVA étant une longue molécule, l’étirement de la feuille permet de l’aligner dans une direction particulière.

Cette matière pratique à utiliser, peu fragile, peu chère et relativement facile à produire, est le type de polariseur le plus largement répandu (en photographie, dans l’affichage à cristaux liquides, ainsi que dans certaines lunettes de soleil).

Références

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