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DES EXPÉRIENCES DIVERTISSANTES À LA MAISON
La complexité du monde. Expériences physiques
Expériences divertissantes à la maison / Expériences de physique pour les enfants Lorsque vous arriverez à la section de physique appelée « Optique » à l'école, vous apprendrez que la lumière est un processus ondulatoire. Bien sûr, vous savez très bien ce que sont les vagues (par exemple sur l'eau). Vous avez probablement entendu parler des ondes électromagnétiques : après tout, qui ne serait pas intéressé de savoir d'où proviennent les émissions de télévision et de radio sur les écrans de télévision ou dans les récepteurs de radio. A la question : « Comment cela se passe-t-il ? - ils vous ont répondu très brièvement : « À l'aide des ondes radio » (ou ondes électromagnétiques). Les ondes radio sont transmises depuis une station de télévision centrale ou une station de radio et sont reçues par un téléviseur ou un récepteur. Vous savez donc que les ondes électromagnétiques existent. La lumière est aussi une onde électromagnétique. Mais la longueur d’onde de la lumière est beaucoup plus courte que celle des ondes radio. Et la couleur blanche que nous voyons, si simple à première vue, est en réalité très complexe. Il se compose de sept couleurs primaires : rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet. Et chacune de ces couleurs possède sa propre longueur d’onde. Lorsque les sept couleurs sont présentes, l’apparence du blanc est créée. Parfois, vous pouvez voir toutes ces couleurs séparément : soit dans le ciel sous la forme d'un arc-en-ciel, soit à la maison, quelque part sur le mur, lorsqu'un rayon de soleil brillant, réfracté par le bord d'un miroir, donne un effet lumineux et multi- bande colorée. Il existe plusieurs façons d’observer une telle bande, ou spectre, c’est-à-dire un faisceau blanc décomposé en ses couleurs composantes. Par exemple, si vous regardez un disque de gramophone longue durée devant une source de lumière vive, tenez-le horizontalement et appuyez-le contre l'arête de votre nez. Le nouveau disque gramophone est particulièrement capable de créer un bel « iris ». Les ondes lumineuses, comme toute vibration, peuvent, sous certaines conditions, être ajoutées et soustraites. Lorsque des ondes de même longueur sont ajoutées, la lumière est amplifiée, et lorsqu'elles se soustraient les unes des autres, la lumière est affaiblie ou disparaît complètement. Nous allons maintenant nous en assurer. Pour l'expérience, vous devez créer un appareil assez simple. Prenez un morceau de papier noir épais et utilisez une lame de rasoir de sécurité pour y faire une fente de trois centimètres de long. Le résultat est un écart très étroit - c'est notre appareil. Cette fente a la propriété d’ajouter et de soustraire des ondes lumineuses. Regardez le ciel à travers le ciel pendant la journée. Vous verrez de nombreuses bandes noires parallèles le long de l’espace. Les rayures noires sont là où il n’y a pas de lumière. Aux endroits de l'espace où il y a une bande noire, les ondes lumineuses semblent se « manger ». Il serait plus précis de dire que des ondes lumineuses de même longueur se sont soustraites les unes aux autres et que la lumière à cet endroit a disparu : l'obscurité s'est formée - une petite bande noire. Regardez maintenant à travers cette fente une source de lumière plus brillante - le filament d'une ampoule électrique allumée (tournez la fente, si possible, le long du filament chaud). En plus des rayures noires, vous verrez de nombreux fils arc-en-ciel des deux côtés du filament de l'ampoule. À mesure que vous vous éloignez de la partie lumineuse, du milieu, ces fils arc-en-ciel deviennent plus sombres. Une fente étroite a la capacité, en ajoutant et en soustrayant des ondes lumineuses, de les trier également en couleurs individuelles (c'est-à-dire par longueur d'onde). Tout en faisant ces expériences, ajustez la largeur de la fente. Il devrait être très étroit, extrêmement étroit. Ceci peut être facilement réalisé en déplaçant les bords du papier dans différentes directions. En étudiant l'optique, vous vous familiariserez davantage avec ce qui se passe dans une fente aussi étroite et découvrirez pourquoi elle a la capacité de décomposer la lumière en ses couleurs composantes. Les films minces ont également la capacité de diviser la lumière en toutes les couleurs de l’arc-en-ciel. Nous entendons ici les films les plus fins que l'on puisse trouver dans la nature ou créer de vos propres mains. Par exemple, ils sont formés par l'eau savonneuse lors du soufflage de bulles, les taches d'huile de machine sur l'asphalte humide et les flaques d'eau, et la surface des coquilles de nacre constituées des écailles les plus fines. Les films produits lorsqu’une goutte de vernis à ongles s’étale à la surface de l’eau sont très beaux. Versez de l'eau propre dans une assiette et déposez-y une goutte de vernis : il se répandra en fine couche sur l'eau. Fabriquez un anneau en fil de fer (environ six à huit centimètres de diamètre) et, pour plus de commodité, une poignée. Faites levier sur le film de vernis avec la bague et, en l'inclinant légèrement, retirez le film. Il jouera avec toutes les couleurs de l'arc-en-ciel, ressemblant aux ailes d'une libellule. Ce film peut être conservé assez longtemps. Un rayon de lumière blanche tombant sur un film mince ou un flocon est partiellement réfléchi par celui-ci, passe partiellement plus profondément et est réfléchi par sa surface interne. Ces deux reflets tombent dans nos yeux. Il est clair que les deux rayons réfléchis sont légèrement différents l’un de l’autre : ils ont emprunté des chemins différents. La différence de course, comme vous l'aurez deviné, est approximativement égale à deux fois l'épaisseur du film. Lorsqu'il s'agit de quantités aussi petites que les longueurs d'onde de la lumière, l'épaisseur du film, même le plus fin, s'avère énorme et la différence de trajet des rayons réfléchis est grande. Qu’arrive-t-il à ces deux rayons réfléchis ? Ils s'additionnent, ou plutôt leurs ondes s'additionnent et tombent dans nos yeux non plus sous la forme d'un rayon blanc, mais d'un rayon d'une certaine couleur. La couleur dépend de l'épaisseur du film (la différence de marche qui en résulte) et de l'angle sous lequel nous regardons ce film. Il s'avère donc que toute la surface du film scintille de différentes couleurs de l'arc-en-ciel. Il existe une autre façon de créer un arc-en-ciel : en utilisant un prisme, un prisme triangulaire transparent. Le dispositif idéal pour cette expérience serait bien entendu un prisme en verre. Mais il est peu probable que vous trouviez quelque chose de similaire chez vous. Un prisme triangulaire transparent peut également être fabriqué à partir d'un morceau de plexiglas en le traitant avec les outils appropriés puis en ponçant ses surfaces. Mais il est peu probable que tout le monde puisse faire cela, nous allons donc choisir une voie différente : nous fabriquerons un prisme triangulaire transparent à partir d'un matériau simple : l'eau. Prenez un petit miroir bon marché, peut-être rond. Placez-le au fond d'une petite bassine. Versez de l'eau dedans et inclinez-le en plaçant quelque chose en dessous. La surface de l'eau du bassin doit former un angle d'environ 25° avec le miroir (voir figure). Vous devez maintenant vous occuper de la source de lumière. Il est préférable de réaliser l'expérience le soir, dans l'obscurité, afin que l'arc-en-ciel obtenu soit clairement visible.
Comme source de lumière, utilisez par exemple une lampe de poche pour les travaux photographiques, en remplaçant le filtre rouge par du carton et en y faisant une fente légèrement plus étroite que le carton et d'un centimètre de large. Il est seulement important que la fente ne soit pas au niveau du filament de l'ampoule. Si vous ne disposez pas d’une telle lanterne, vous pouvez utiliser une lampe de table avec un abat-jour qui ne laisse pas passer la lumière vers le haut. Les résultats des expériences étant quelque peu différents les uns des autres, nous les décrivons séparément. Si vous utilisez une lampe de poche, dirigez la lumière de la fente vers le miroir situé dans l'eau, du côté où le miroir est immergé le plus profondément (voir figure). Si vous regardez maintenant le miroir d'en haut, vous verrez une bande arc-en-ciel avec des couleurs vives du spectre. La lumière de la fissure traversait l'eau, s'y réfractait, frappait le miroir, s'y réfléchissait et sortait de l'eau sous la forme d'un faisceau de rayons colorés. Comme indiqué précédemment, la lumière entrant dans un autre milieu inhomogène y est réfractée. Mais comme la lumière est constituée de couleurs différentes et que chaque rayon coloré est réfracté à sa manière, de différentes manières, à partir d'un tel prisme trièdre (peu importe qu'il s'agisse de verre ou d'eau, comme dans notre expérience) la lumière ressort décomposée en toutes les couleurs de l’arc-en-ciel. Si l'expérience est réalisée avec une lampe de table, il n'y a pas d'espace, l'ampoule elle-même devrait créer un lapin arc-en-ciel. Gardez la lampe à environ un mètre du miroir. Veuillez noter que le plafond n'est pas éclairé par une lampe et est à l'ombre. Un reflet arc-en-ciel du miroir apparaîtra sur le plafond ombragé. En déplaçant la lampe, vous pouvez obtenir un beau spectre apparaissant au plafond, comme sur un écran. À d'autres angles entre le miroir et la surface de l'eau, un arc-en-ciel peut apparaître non pas au plafond, mais sur le mur. Si le mur est recouvert de papier peint, vous devez accrocher une feuille de papier blanc à l'endroit où l'arc-en-ciel est tombé. Cette expérience peut être réalisée avec succès pendant la journée, en utilisant, si vous avez une face ensoleillée, les rayons du soleil. Vous devez créer de l'obscurité dans la pièce en couvrant les fenêtres. Laissez un espace dans l'une des fenêtres pour laisser passer la lumière du soleil. Chacun de vous peut avoir des conditions différentes, vous devez donc réfléchir vous-même à la manière de réaliser l'expérience dans ces conditions. Auteur : Rabiza F.V.
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