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Expérience du mirageDans différents milieux, quel peut être le chemin le plus court ? Dans un milieu homogène, la lumière emprunte toujours la ligne droite. La vitesse de la lumière dans le vide est la plus grande vitesse possible, et ne pourra jamais être dépassée. Voyons quel chemin elle emprunterait dans un milieu
non homogène, composé donc de plusieurs milieux à indices différents. Le
chemin le plus court serait-il toujours la ligne droite ? MatérielLaser (2mW) Cuve parallélépipède
(50*25*10 cm) Eau : environ 20L Sucre : 4kg Entonnoir à tube long Béchers Agitateur magnétique Plaque chauffante Lait en poudre Protocole de l’expérience-
Il est
nécessaire de préparer l’eau saturée en sucre, qui constituera le milieu non
homogène. Pour cela, il faut dissoudre du sucre dans l’eau jusqu’à ce qu’il
reste des grains non miscibles : l’eau est alors dite saturée, sa
densité est plus élevée que celle de l’eau. L’expérience nécessitera 4L
d’eau saturée environ. -
Remplir
la cuve par environ 15L d’eau, puis ajouter de la poudre de lait afin de rendre
le futur rayon laser bien visible dans le noir.
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Verser
doucement dans un entonnoir l’eau saturée. L’eau doit s’écouler lentement et
verser les 4L doit prendre environ 20 minutes. Une fois terminée, il doit
apparaître clairement au fond de la cuve la différence entre les 2 milieux.
L’eau saturée est bien sûr au fond (elle est plus lourde que l’eau normale).
Observer la limite entre les 2
milieux
Apparence du poste de travail -
Disposer
le laser horizontalement en face de la cuve, au niveau de l’eau saturée.
Allumer le laser. Éteindre les lumières et observer le trajet de la lumière
dans la cuve. Indications pratiques- Pour accélérer la dissolution du sucre dans l’eau, placer 1L d’eau sur une plaque chauffante (et élever la température à 25°C) et un agitateur magnétique. Il suffit ensuite d’ajouter le sucre et d’attendre qu’il soit entièrement dissous, puis de recommencer, etc. - Il est possible d’affiner le pinceau lumineux en plaçant une lentille convergente avant la cuve. Résultat de l’expérience
La lumière est déviée et n’apparaît plus en ligne
droite. Elle emprunte un chemin courbe.
Image de la cuve vue en perspective et qui montre
clairement le trajet courbe de la lumière.
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