Voyez la lumière incurvée !

Réalisation de l’expérience

Attention : cette expérience doit être réalisée sous la surveillance d’un adulte. (voir section sur les avertissements)

Pour cette expérience, vous avez besoin d'une bouteille en plastique transparente. Percez un trou sur le côté à environ 5 à 10 cm au-dessus du fond de la bouteille. Le diamètre devrait être d'environ 1/2 cm. Vous pouvez percer le trou délicatement avec une perceuse ou chauffer une vieille aiguille à tricoter au-dessus de la flamme d'une bougie et l'utiliser pour faire un trou dans le plastique en le faisant fondre. Laissez un adulte vous aider pour ce type d'opération !©

Posez la bouteille en plastique sur une caisse stable ou sur le bord d'une table. Un jet d'eau coulera ultérieurement du trou. Placez un seau de telle manière qu'il pourra récupérer l'eau.

Vous devez tout d'abord mettre le pointeur laser dans la position, c'est-à-dire du côté opposé au trou. Placez pour cela le pointeur laser à l'horizontale sur des livres, de petites cales en bois ou un autre support de manière à ce qu'il se trouve exactement à la hauteur du trou dans la bouteille. Vous pouvez ici le stabiliser avec de la pâte à modeler. Vous pouvez à présent mettre en marche le pointeur laser. Pour qu'il reste allumé, vous pouvez remplacer votre main par une pince à linge qui maintient le bouton Marche enfoncé. Remplissez la bouteille d'eau et ajustez le pointeur laser de manière à ce qu'il arrive précisément dans le trou duquel l'eau s'écoule à présent. Le rayon laser est ainsi dirigé dans le jet d'eau et n'en ressort que quand ce dernier se transforme en gouttes ou qu'il rencontre le fond du seau. Vous pouvez également placer votre main dans le jet d'eau et ainsi « attraper » la lumière sous forme de point clair.

Explications

Normalement, la lumière se propage en ligne droite. Cette expérience permet de « faire prendre un angle » à la lumière. Comment est-ce possible ? Le principe est très simple : tout le monde le connaît quand on regarde à la surface de l'eau. En fonction de l'angle de vue, elle agit comme un miroir, elle reflète la lumière. Sur le plan scientifique, on appelle ça la réflexion totale. Il est également possible de se la représenter lors du passage de l'eau à la lumière et plus précisément en plongée avec un masque :  quand on plonge dans une piscine ou dans la mer et qu'on essaye de regarder vers le haut, la limite entre l'eau et l'air ressemble à un miroir. C'est exactement ce qui se passe dans le jet d'eau de l'expérience : la lumière est toujours reflétée à la limite de l'eau et de l'air dans le jet d'eau. Le jet d'eau se comporte donc pour la lumière comme un tube coudé à effet miroir vers l'intérieur. Le rayon lumineux peut suivre la courbe du jet d'eau par les reflets, il peut donc s'allumer « en angle ».

L'expérience a été présentée pour la première fois à Genève en 1841. À l'époque, le rayon du soleil ou la lumière claire d'une lampe de carbone remplaçait le laser qui n'avait pas encore été inventé. Le guidage de la lumière est longtemps resté un gadget : on a construit des « fontaines lumineuses » spectaculaires dont les jets d'eau étaient éclairés par la lumière. Étant donné que le phénomène fonctionne non seulement avec l'eau, mais aussi avec de nombreuses matières transparentes, la lumière peut également être guidée par des fibres de verre. Il en a résulté des applications importantes : les médecins peuvent par exemple faire passer par la bouche des patients des fibres de verre souples spéciales et les amener jusque dans l'estomac ou les poumons. Une lumière est guidée par la fibre de verre pour éclairer et une deuxième fibre de verre permet de guider l'image de l'intérieur du corps vers l'extérieur. Le médecin peut ainsi examiner précisément des endroits inaccessibles dans le corps et même opérer avec des instruments commandés à distance.

Notre société de communication actuelle serait complètement impensable sans une autre application très importante du guidage de la lumière dans les fibres de verre. Elles remplacent en effet de nos jours les câbles en cuivre pour transférer les communications téléphoniques, les images vidéo et les contenus Internet dans le monde entier. Ces informations sont traduites en langage informatique, c'est-à-dire numériquement : elles se composent d'une longue séquence de zéros et de uns. Pour les transférer, la lumière est allumée et éteinte dans une séquence extrêmement rapide. Sur le principe, ça ressemble au morse. Cette séquence d'impulsions lumineuses est guidée par une fibre de verre. Elles sont aujourd'hui très performantes. Des fibres de verre individuelles plus fines qu'un cheveux peuvent par exemple transférer simultanément plusieurs millions de communications téléphoniques !

Avertissements

Le perçage du trou est l'étape la plus délicate : veillez à ne pas vous blesser et faites-vous aider par un adulte.

IMPORTANT! Ne regarde jamais directement le rayon lumineux d'un laser ! Vous pourriez vous abîmer les yeux et même devenir aveugle ! Les pointeurs laser vendus dans le commerce sont théoriquement inoffensifs. Suite à un défaut de fabrication, leur puissance pourrait toutefois être supérieure aux limites autorisées. Veillez donc (surtout quand vous ajustez le rayon) à ne pas regarder directement dedans !

Astuces

Le trou dans la bouteille en plastique devrait être le plus rond possible et avoir un bord lisse pour qu'il en résulte un jet d'eau régulier.

De nombreuses bouteilles en plastique présentent des rainures et autres irrégularités. Percez le trou à une hauteur à laquelle le rayon laser peut bien traverser la bouteille sur une surface en plastique lisse du côté opposé.

Dès que le jet d'eau se transforme en gouttelettes, la lumière sort. Plus il reste longtemps « d'un seul tenant », plus vous pouvez guider la lumière. Plus le jet est épais, plus il mettra du temps à se transformer en gouttes individuelles. La bouteille se vide néanmoins plus rapidement et tu as moins de temps pour réaliser ton expérience. Essayez plusieurs grosseurs de trou et voyez celle qui vous convenez le mieux.

Auteur: Ingo Knopf/scienceRELATIONS
Video: Ingo Knopf