Optique

Paradoxe des trois polariseurs

Insérez un troisième polariseur à 45° entre deux croisés et la lumière repasse — I₀/8.

Paradoxe des trois polariseurs — simulation interactive de Optique. Insérez un troisième polariseur à 45° entre deux croisés et la lumière repasse — I₀/8. Laboratoire virtuel de physique gratuit dans le navigateur, avec mesures SI en direct et tutoriel guidé.

Trois polariseurs

Insérez un troisième polariseur à 45° entre deux croisés et la lumière passe à nouveau  : I₀/8.

Insérer un troisième polariseur à 45° entre deux polariseurs croisés projette la lumière sur un axe qu'aucun des deux ne bloque complètement, permettant une transmission partielle — contre-intuitif mais requis par des facteurs de Malus successifs. La transmission maximale peut atteindre I₀/8 pour des filtres idéaux.

• Intensité transmise I₀/8
• Polariseur central 45°

Résumé de l'investigation

Planifiez la question avant d'ouvrir le laboratoire

Le brief reprend la page pré-rendue  : question directrice, prédictions concurrentes, rôles des variables, lois directrices, préparation et consignes d’analyse et de prolongement restent visibles et dans cet ordre.

Question directrice

Deux polariseurs croisés (90° séparés) bloquent toute la lumière. Si vous insérez un TROISIÈME polariseur entre eux sous un certain angle, l'ajout d'un autre élément bloquant laisse-t-il passer PLUS de lumière ?

Prédictions à évaluer

• Non, l'ajout d'un polariseur supplémentaire ne peut que bloquer plus de lumière, jamais moins.
• Étonnamment, oui - un polariseur central à un angle intermédiaire laisse passer une partie de la lumière, et davantage de polariseurs rétablissent paradoxalement la transmission.
• L'ajout d'un troisième polariseur ne change rien si les deux extérieurs sont toujours croisés.

Rôles des variables

Ce que vous définissez  :

• Angle du polariseur moyen (°)

Ce que vous mesurez  :

• Fraction transmise

Comment se déroule l'enquête

1. Ouvrez le préréglage des trois polariseurs et appuyez sur Réinitialiser. Les polariseurs extérieurs sont fixés à 0° et 90° (croisés)  ; celui du milieu commence à 45°.
2. Activez la lecture de l’intensité transmise finale.
3. Réglez l'angle du polariseur central pour chaque essai (polariseurs externes fixés à 0° et 90°) et enregistrez la fraction de lumière qui traverse les trois.

Équation gouvernante

Transmission à trois polariseurs — I = I₀·cos²θ

Le passage à travers trois polariseurs en séquence multiplie trois facteurs  : le passage 50 % de lumière non polarisée du premier polariseur, puis la loi de Malus cos² à chaque pas d'angle suivant. Un polariseur central à un angle intermédiaire peut transmettre bien plus que deux polariseurs croisés seuls.

Ce que la feuille de travail imprimable demande aux élèves de résoudre

• Pour un essai, calculez la fraction transmise comme 0.5·cos²(θ_mid)·cos²(90° − θ_mid), où le facteur 0.5 initial représente la lumière non polarisée passant par le premier polariseur, puis deux étapes de la loi de Malus (0° à θ_mid, puis θ_mid à 90°). Comparez avec le tableau. Confirmez que θ_mid = 45° donne exactement 1/8.
• Expliquez pourquoi un polariseur central à 45° — exactement à mi-chemin entre les polariseurs extérieurs croisés — maximise l'effet surprenant de « laisser passer la lumière »  : chaque pas de 45° transmet à lui seul cos²(45°) = 50%, bien mieux que de sauter directement de 0° à 90° (qui transmet 0%).

Où cela apparaît au-delà du laboratoire

• Cet effet « plus de filtres, plus de transmission » a un analogue célèbre en mécanique quantique (l'expérience à trois polariseurs démontrant que la mesure modifie un état quantique). Expliquez, en termes d'ondes classiques, pourquoi chaque polariseur ne se contente pas de « sélectionner » la lumière préexistante de sa propre orientation, mais projette activement la lumière sur son propre axe, modifiant ainsi son état.
• Qu'arrive-t-il à la fraction transmise lorsque l'angle du polariseur central s'approche de 0° (aligné avec le premier) ou de 90° (aligné avec le dernier) ? Utilisez votre formule pour vérifier les deux limites et expliquer physiquement pourquoi elles ont du sens.

• AP Physics 2 — Unit 14: Waves, Sound, and Physical Optics
• IB Physics — C.3 Wave phenomena
• General High School Physics — Light & optics
• NGSS High School Physics — Wave properties

1. Bienvenue dans Trois polariseurs
2. Sélectionnez le polariseur central
3. Appuyez sur Lecture
4. Le polariseur intermédiaire laisse passer la lumière
5. Ouvrez le panneau des Propriétés
6. Bravo !

Ouvrez la simulation interactive pour construire la scène, appuyez sur Lecture et explorez avec des mesures en direct et un tutoriel guidé.

Ouvrir le laboratoire interactif →

Télécharger la fiche de laboratoire →

Polarisation et loi de Malus