La lumière polarisée est une onde électromagnétique dont le champ électrique oscille dans une direction privilégiée (polarisation rectiligne) ou selon un motif régulier (polarisation circulaire, elliptique). La lumière naturelle n’est pas polarisée : les orientations du champ sont aléatoires.
Observer expérimentalement la lumière polarisée
Avec l’application FizziQ et des filtres polarisants, il est possible d’explorer la polarisation.
Étapes :
- Observer l’écran du smartphone à travers un filtre polarisant
- Tourner le filtre et observer les variations d’intensité
- Constater que l’écran LCD émet de la lumière polarisée
- Croiser deux filtres polarisants : extinction totale à 90°
- Utiliser le luxmètre FizziQ pour mesurer l’intensité transmise en fonction de l’angle
- Vérifier la loi de Malus : I = I₀ × cos²θ
Activités scientifiques sur ce thème
Prolongements possibles avec FizziQ : loi de Malus avec le luxmètre et polarisation par réflexion (angle de Brewster).
En savoir plus
Types de polarisation :
- Rectiligne : le champ oscille dans un plan fixe
- Circulaire : le vecteur champ tourne à vitesse constante
- Elliptique : cas général intermédiaire
- Non polarisée : superposition aléatoire de toutes les orientations
Méthodes de polarisation :
| Méthode | Principe |
|---|---|
| Filtre polarisant | Absorption sélective |
| Réflexion (Brewster) | Réflexion à angle particulier |
| Biréfringence | Calcite, quartz |
| Diffusion | Lumière du ciel |
Applications :
- Écrans LCD (cristaux liquides entre polariseurs)
- Lunettes 3D au cinéma (polarisations différentes)
- Réduction des reflets (lunettes, photographie)
- Analyse des contraintes (photoélasticimétrie)
Formule
Loi de Malus : I = I₀ × cos²θ
où :
- I : intensité transmise
- I₀ : intensité incidente polarisée
- θ : angle entre la direction de polarisation et l’axe du polariseur
Angle de Brewster : tan(θ_B) = n₂/n₁
où n₁ et n₂ sont les indices de réfraction des deux milieux.
Exemples d’application
- Les écrans LCD sont noirs quand on les regarde avec certaines lunettes polarisantes
- Le ciel est partiellement polarisé, perpendiculairement à la direction du Soleil
- Les abeilles utilisent la polarisation du ciel pour s’orienter
- Les photographes utilisent des filtres polarisants pour éliminer les reflets
FAQ
Q : Pourquoi l’écran devient-il noir si on tourne le filtre de 90° ? R : L’écran LCD émet une lumière polarisée. Quand le filtre est perpendiculaire à cette polarisation, la loi de Malus donne I = I₀ × cos²(90°) = 0.
Q : La lumière du Soleil est-elle polarisée ? R : Non, mais elle peut le devenir par réflexion (sur l’eau, le verre) ou par diffusion (ciel bleu).
Q : Comment vérifier la loi de Malus avec FizziQ ? R : Mesurez l’éclairement transmis à travers un polariseur pour différents angles (0°, 30°, 45°, 60°, 90°). Tracez I en fonction de cos²θ : c’est une droite.
Q : Pourquoi les lunettes 3D utilisent-elles la polarisation ? R : Chaque oeil reçoit une image polarisée différemment. Les verres polarisants filtrent sélectivement : oeil gauche = image gauche, oeil droit = image droite.
Concepts liés
Onde électromagnétique - Filtre polarisant - Loi de Malus - Biréfringence - LCD - Réflexion