> Les flèches inversées
Notre première réalisation finale s'appuie sur les lois de la réfraction et de la réflexion. Nous avons réalisé une expérience mettant en évidence ce phénomène.
En effet, cette illusion d'optique met en évidence l'inversion du sens des flèches grâce à la réfraction.
Deux flèches, l'une pointant vers la gauche et l'autre vers la droite sont dessinées l'une au dessus de l'autre sur une feuille. Un bécher vide est placé à une 10cm au moins devant les flèches. Lorsque l'on remplit d'eau le verre, les flèches vont changer de sens et pointer vers leur sens opposé au départ.
Comment l'expliquer ?
Ce phénomène s'appuie sur les lois de Snell-Descartes, dites de la Réfraction. Nous avons expliqué ce phénomène dans les pages précédentes et cette expérience et le fruit de tout les paramètres de la réfraction.
Nous fixerons comme source lumineuse, les flèches dessinées qui, comme elles sont visibles, envoient dans toutes les directions des faisceaux lumineux.
Dans notre expérience les rayons lumineux passent d'un milieu 1 à un milieu 2 puis de ce milieu 2 à un milieu 3.
Le milieu 1 et 3 s'avérant être le même; a savoir l'Air. Le second milieu est l'Eau.
La réfraction survient généralement à l’interface entre deux milieux transparents, ou lors d’un changement de densité des milieux. Comme énoncé auparavant, les rayons lumineux peuvent changer de trajectoire lors du passage d’un milieu à un autre.
Tout milieu homogène dans lequel se propage un rayon lumineux possède un indice de réfraction.
Nos 2 milieux différents ont des indices de réfraction notés i1,i2 connus
Nous avons donc :
i(air)=> i(1) => i(3) = 1
i(eau) => i(2) = 1,33
Il existe plusieurs indice de réfraction à l'eau, celui-ci variant en fonction de la température et de la longueur d'onde. Nous retiendrons 1,33 comme indice de réfraction de l'eau.
En tombant sur la surface, ou dioptre, séparant le milieu où il se propage (milieu d’incidence) d’un autre milieu possédant un autre indice de réfraction, ça donne naissance, dans ce second milieu, à un rayon qui n’est pas dans son prolongement, qui est dévié: c’est le rayon réfracté.
Nous rappelons évidemment, la lois de Snell-Descartes sur la réfraction qui indique que
C'est par équivalence de cette égalité que nous pourrons calculer la mesure des angles sur le schéma optique et interpréter le "trajet" de deux faisceaux lumineux.
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Nous n'allons pas détailler l'intégralité de tous nos calculs; effectivement nous utilisons pour chaque mesure d'angle la lois de Snell-Descartes énoncé plus haut.
Pour tracer ce schéma, nous avons supposer que les rayons arrivaient en ligne droite dans nos yeux. Ainsi nous avons pu retracer le chemin inverse de la lumière en respectant les mesures d'angles.
Quelques indications plus précises sur notre schéma :
* Dans ce schéma nos yeux se situe à gauche du dessin, la flèche de droite étant l'initiale; celle dessinée sur le papier.
* Le cercle représente le bécher rempli d'eau. Dans notre expérience nous négligerons l'épaisseur du bécher qui est en verre. En effet la fine épaisseur de verre est une mesure négligeable dans notre expérience; celle-ci n'affectera pas les résultats.
* Les rayons lumineux tracés vont de la droite vers la gauche
* La flèche dessiné à gauche représente l'image obtenue lorsque le bécher est situé devant les flèches. Il s'agit de la flèche inversés que l'on voit après remplissage de l'eau.
> Pourquoi l'illusion? Comment explique t-on le changement de direction du pointage des flèches?
C'est une fois le schéma déterminant le trajet des rayons lumineux établi que nous pouvons traiter les informations qui en ressorte.
Nous pouvons voir à un endroit bien précis que les deux rayons lumineux tracés se croisent en un point. C'est ce point de croisement qui sera a l'origine de l'illusion. En effet si l'on observe bien le rayon du haut arrivera en bas et inversement pour celui du bas.
Ainsi l'image des flèches dessinés à travers un bécher d'eau et grâce aux lois de Snell et Descartes traitant de la réfraction de lumière se trouvera être l'image inverse de celle de départ.
De plus, ce point de croisement affirme un autre point important, ce phénomène ne peut être vrai qu'à une certaine distance. En effet l'écran placé trop près du bécher le point de croisement sera absent, l'illusion n'aura pas lieu.
