Un jet d’eau lumineux

Cette expérience de physique amusante est facile à réaliser. Elle nécessite la présence d’un adulte pour la réalisation d’un trou dans une bouteille en plastique.

Matériel

  • une bouteille en plastique
  • du papier cartonné noir
  • une lampe de poche (assez puissante)
  • un avant-trou pour percer la bouteille
Matériel nécessaire

Expérience

Perce un trou en bas de la bouteille en plastique. Tu peux utiliser pour cela un avant-trou. Le diamètre du trou doit être de quelques millimètres. Place ensuite une feuille noire sur la face de la bouteille où le trou a été réalisé. Fais également un trou dans la feuille à l’endroit exact où il y a un trou dans la bouteille. Tu peux scotcher la feuille noire sur la bouteille.

Bouche le trou avec un doigt puis remplis la bouteille d’eau. Place la lampe de poche sur la face diamétralement opposé à celle où le trou a été réalisé et éclaire le trou. Débouche le trou et observe le jet d’eau qui a ainsi été créé.

Réalisation du dispositif
Réalisation du dispositif
Placer la lampe en éclairant le trou du côté de la face opposée

Observations

Tu peux observer que le jet d’eau crée est lumineux. Tu peux, afin de t’en assurer, placer un doigt ou une feuille plastifiée le long de la trajectoire du jet d’eau. Tout se passe comme si le jet d’eau transportait de la lumière !

Que se passe-t-il ?

logo-physique-ludiqueLe jet d’eau “transporte” la lumière grâce au phénomène de la réflexion totale.

Un tel phénomène peut se produire lorsque de la lumière arrive sur une interface séparant un milieu où la lumière se déplace à une vitesse inférieure à celle avec laquelle elle se déplace dans le deuxième milieu. La réflexion totale peut être observée si l’angle d’incidence de la lumière est suffisamment élevé.

L’interface considérée ici est une interface eau/air.

Une fibre optique fonctionne sur le même principe, le rôle de l’eau étant remplacé par le milieu de la fibre. Tu viens de fabriquer une fibre optique avec de l’eau.

Pour comprendre le phénomène de la réflexion totale, voici quelques photos réalisées à l’aide d’un kit laser dans le cas d’une interface verre/air. Lorsque l’angle d’incidence devient assez grand, il n’y a plus de rayon réfracté et on parle de réflexion totale.

Lorsqu’un rayon lumineux rencontre une interface, prennent alors naissance un rayon réfléchi et un rayon réfracté.
Au fur et à mesure que le rayon incident s’écarte de la normale à l’interface, le rayon réfracté lui aussi s’écarte de cette normale jusqu’à disparaître si l’angle entre le rayon incident et la normale à l’interface est “trop grand”
Cas où il y a réflexion totale c’est-à-dire cas où il y absence de rayon réfracté.

Pour “la petite histoire”

Le premier scientifique à avoir créé une fontaine lumineuse est Jean Daniel Colladon, savant et industriel genevois. Afin d’étudier la forme que prend un jet d’eau, en 1841, Colladon fait construire un grand vase de sept mètres de hauteur dont une des faces est munie d’une ouverture dont on peut faire varier le diamètre pour faire varier la taille des jets. Sur la face opposée est installée une lentille destinée à concentrer un faisceau lumineux devant éclairer la base du jet d’eau. Les premières expériences se font grâce à la lumière du soleil. Par la suite d’autre fontaines de Colladon fonctionnent à la lampe électrique à arc.

Le résultat surprend le scientifique : “La lumière circule dans ce jet transparent, comme dans un canal et en suit toutes les inflexions”. Ceci paraissait étonnant à l”époque. Les fontaines de Colladon ont ensuite intéressé le milieu artistique. En 1853, l’opéra de Paris fait installer des fontaines lumineuses décoratives sur la scène du ballet d’Elias et Mysis. En1888 et 1889, des fontaines de Colladon de taille géante éclairée à l’électricité sont des attractions des expositions internationales de Glasgow et Paris.

La fontaine de Colladon (La Nature, 1884)

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