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°

Mémoire d'enquête

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 de conduite

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 ?

Des pronostics à peser

• 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 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 l'Inspecteur
6. Bravo !

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

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Télécharger la fiche de laboratoire →

Polarisation et loi de Malus