Physique expérimentale : optique

Nous aborderons bientôt deux sujets :

1). La mesure de la célérité de la lumière.

2). L'expérience des miroirs face à face.

Mesure de la célérité de la lumière :


Un laser émet un faisceau lumineux qui se dirige vers un miroir
incliné de 45° par rapport au faisceau lumineux. Ce premier miroir
est fixe. Le faisceau lumineux est réfléchi et réémis vers un second miroir
mobile qui peut tourner rapidement sur lui-même (miroir rotor).
Quand le faisceau lumineux est refléchi sur ce rotor et réémis, il se dirige
vers un écran gradué.


Données :

La distance entre le miroir fixe et le miroir rotor est égale à L.
La distance entre le miroir rotor et l'écran gradué est égale à E.
L'écran est gradué de zéro à L, parallèle à la direction miroir fixe
et miroir rotor.

Le rotor tourne sur lui-même selon une fréquence exprimée
en radians par seconde, notée F.
Le faisceau lumineux est projeté sur l'écran selon une distance
par rapport au zéro de la graduation, distance égale à X.

La vitesse de la lumière sera notée C.

C = 2 * L * F / arctan(X / E)

Considérant un rotor en rotation rapide, et si le faisceau pointait
strictement sur le zéro de l'écran, la célérité serait infinie.
Or ce n'est pas le cas.
Si la célérité était nulle, rien n'apparaîtrait sur l'écran.

Si la fréquence de rotation du miroir rotor était de
85881350.23 radians par seconde (soit 13.67 MHz),
et si L = 1 mètre et E = 1 mètre, alors la déviation
du faisceau sur l'écran gradué serait de 1 centimètre, sachant
que la célérité vaut 299 792 458 m/s.
De même, la mesure de la déviation sur l'écran permet de
déterminer la célérité de la lumière.



Bonjour à NGC6543.

Merci pour toutes ces précisions... Quel complexe tâche que celle de mesurer la vitesse de la lumière !

(Et vivement l'expérience des deux miroirs ! )

Expérience des miroirs face à face

Il y a quelques temps, j'ai été intrigué par ce qu'on peut faire avec
des miroirs, notamment en les mettant face à face.

Cette idée m'est apparue quand j'étais allé chez le coiffeur il y a plusieurs
mois, lequel avait deux grand miroirs placés face à face et séparés de quelques mètres, entre lesquels les gens étaient placés.

Les images réfléchies étaient reproduites à l'infini, superposées et
imbriquées les unes dans les autres. On observait comme un
couloir profond et sans fond.

Une réflexion infinie ? Non, et je vais vous expliquer pourquoi.

Une surface d'un miroir est constituée d'environ 10^20 atomes,
ceux-ci se comportent comme des pixels qui réémettent la lumière reçue.

Supposons que chacun des deux miroirs fasse 1 mètre de côté, et que
l'image réfléchie soit la moitié de l'image précédente (c'est fractal),
alors il n'y aura qu'environ 33 réflexions successives jusqu'à
obtenir la dernière image qui ne peut être plus petite qu'un atome des
miroirs.

Le calcul montre que la totalité des images se forme en environ
110 nanosecondes. Si les atomes étaient ponctuels, ou des singularités,
ou synonymement de la matière continue (bref, pas de quanta non plus),
alors les images mettraient un temps infini pour se former toutes.

Sans le savoir, j'avais réinventé l'interféromètre de Fabry-Pérot,
à la différence que les miroirs n'étaient pas semi-réfléchissants.
http://www.cnrs.fr/sciencespourtous/abecedaire/pages/FabryC.htm


Le phénomène des miroirs face à face trouvent aussi des similitudes
dans les expériences suivantes :

- le micro près d'un haut-parleur (on obtient l'effet Larsen).
- la caméra qui filme l'écran de la TV qui affiche ce que la caméra voit.
- le laser : lumière émise en phase avec la lumière incidente.

Pulstars a écrit:

Le calcul montre que la totalité des images se forme en environ
110 nanosecondes. Si les atomes étaient ponctuels, ou des singularités,
ou synonymement de la matière continue (bref, pas de quanta non plus),
alors les images mettraient un temps infini pour se former toutes.

Un temps infini... Qu'observerait-on ? L'image qui se forme petit à petit ? Et quelles seraient les parties qui se formeraient en dernier lieu ? Que tout ceci est étrange !

Si la longueur de Planck n'existait pas, et que les atomes étaient
des points adimensionnels, alors l'image vue dans les miroirs
serait un embriquement d'images concentriques, lesquelles se formeraient
en convergeant vers le centre commun des images.
Et ça mettrait un temps incommensurable à former la toute dernière
image au centre.

Merci beaucoup.

L'univers étant à la fois le contenant et le contenu, est-il son propre
miroir ? Il serait à la fois l'image et l'objet, et nous serions dans une
caverne de Platon bien étrange.

Bonjour,
Je suis un peu septique sur la conception de l'expérience des deux miroirs de Pulsar. Je pense que ce que limiterai le nombre d'images est liée à la lumière elle même et non au miroir. La totalité du miroir (et donc des atomes) est utilisé pour la formation de chaque nouvelle image. En revanche de moins en moins de photons participent à la formation d'une image (car l'angle est de plus en plus petit), ainsi c'est lorsce qu'il ne reste que quelque photons que l'on ne peut plus parler d'image.
En théorie si les deux miroirs sont parfaitement réfléchissant et plan, alors un photon qui serai parfaitement perpendiculaire aux miroirs rebondirait effectivement à l'infinie.
La longueur de plank n'a rien à voir ! Un autre paramètre qui limite la taille d'une image c'est la tâche d'Airy (dû à la diffraction de la lumière). En fait on ne peut pas avoir une image de dimension inférieure à cette tache.
Energie et diffraction limitent la formation de ces images successives.

Salut

En branchant un camescope sur une tv et en film la tv on obtient quelque chose qui ressemble un peu à l'expérience des 2 miroirs. Est ce le même phénomène ? Il s'agit d'un jeux d'optique, ça nous en sommes surs. Une image filmée "qui se filme elle même", un peu comme un miroir qui se projette dans un autre miroir. Ce jeux des miroirs, nous l'avons d'ailleurs tous fait étant gamins, en effet quoi de plus rigolo que de se voir "à l'infini"

Je n'ai absolument rien compris à l'expérience de mesure de la célérité!!!
Que veux tu dire par :

Citation :

L'écran est gradué de zéro à L, parallèle à la direction miroir fixe
et miroir rotor.

Les directions des miroirs changent avec le temps car un miroir est en rotation. Comment l'écran peut être parallèle à 2 objets qui ne le sont pas entre eux ?

Peut tu préciser comment tu obtient cette formule :

Citation :

C = 2 * L * F / arctan(X / E)

vraisemblablement elle ne dépend pas du temps, comme l'un des paramètres varie dans le temps, j'en déduit que c'est une dérivée. Ne parvenant pas à comprendre le montage expérimental j'ai un peu de mal à la comprendre.
Effectivement,
arctan(X / E) : L'angle entre le faisceau finale et la normale à l'écran. Qui pour moi dépent de t. Si le rotor est en rotation.
Pourquoi X n'est pas fonction du temps ?
Merci de m'éclairer de tes lumières

Le montage est un de ceux utilisés pour des mesures réalisées par Léon Foucault, physicien français du XIXe siècle.

C'est la direction du centre du premier miroir au centre du second miroir qui est parallèle à l'écran, pas le plan des miroirs eux-mêmes...

En bref, il vaudrait mieux une image du montage que du texte pour être compris.

Voici une page qui présente différents montages, avec les calculs associés :
http://visite.artsetmetiers.free.fr/foucault_lumiere.html

Une autre page relatant l'expérience : http://fr.wikipedia.org/wiki/Jean_Bernard_L%C3%A9on_Foucault

où on relève cet extrait satisfaisant : Avec le miroir réfléchissant de Wheatstone il établit en 1862 la vitesse de la lumière à 298 000 km/s ; 10 000 km/s de moins que les précédentes expériences, et à 0,6 % de marge des valeurs actuellement acceptées.

StrangQuark a écrit:

Bonjour,
Je suis un peu septique sur la conception de l'expérience des deux miroirs de Pulsar. Je pense que ce que limiterai le nombre d'images est liée à la lumière elle même et non au miroir. La totalité du miroir (et donc des atomes) est utilisé pour la formation de chaque nouvelle image. En revanche de moins en moins de photons participent à la formation d'une image (car l'angle est de plus en plus petit), ainsi c'est lorsce qu'il ne reste que quelque photons que l'on ne peut plus parler d'image.
En théorie si les deux miroirs sont parfaitement réfléchissant et plan, alors un photon qui serai parfaitement perpendiculaire aux miroirs rebondirait effectivement à l'infinie.
La longueur de plank n'a rien à voir ! Un autre paramètre qui limite la taille d'une image c'est la tâche d'Airy (dû à la diffraction de la lumière). En fait on ne peut pas avoir une image de dimension inférieure à cette tache.
Energie et diffraction limitent la formation de ces images successives.

Le nombre d'images est fini, ce que je dis, et ce que tu attestes, donc nous pensons la même chose. N'oublions cependant pas que des photons sont émis, absorbés, et réémis.

Ok Super, j'ai tous compris !!!
En fait, le miroir fixe est shérique, j'avais pas compris cela.
C'est très ingénieux comme dispositif, en même temps foucault c'est pas n'importe qui.
Merci Pulsar, pour ces précisions.

StrangQuark a écrit:

Ok Super, j'ai tous compris !!!
En fait, le miroir fixe est shérique, j'avais pas compris cela.
C'est très ingénieux comme dispositif, en même temps foucault c'est pas n'importe qui.
Merci Pulsar, pour ces précisions.

Les miroirs ne sont pas sphériques dans le montage duquel j'ai présenté dans ce topic. Foucault avait réalisé plusieurs expériences variées.
Le miroir fixe est plan, de même que le miroir mobile.

Le miroir plan qui est mobile est en rotation par rapport à son centre de symétrie.

Citation :

Le nombre d'images est fini, ce que je dis, et ce que tu attestes, donc nous pensons la même chose. N'oublions cependant pas que des photons sont émis, absorbés, et réémis.

Ce n'est pas la conclusion que je conteste, effectivement le nombre d'image est finie. C'est la méthode, qui a mon sens n'est pas la bonne, et de ce fait toute les données que tu cites, comme le temps de 110 ns.

Certes les photons sont émis, absorbés, et réémis. Mais si tu souhaites traité ce problème des miroirs face à face à ce niveau de sophistication, alors la théorie à utiliser est l'électrodynamique quantique. Et je crois que ce n'est vraiment pas la peine, car la théorie de l'optique diffractive suffit largement.