Le paradoxe des trois polariseurs

1 · Prédire

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 ?

• 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.

2 · Configurer

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.

3 · Collecter les données

Tracez la fraction transmise (axe y) par rapport à l'angle médian (axe x) pour vos trois essais. Est-ce parfois différent de zéro ?

4 · Analyser

1. 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.
2. 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%).

5 · Approfondir

1. 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.
2. 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.

La physique derrière cette expérience

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