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Polarisation et loi de Malus – I = I₀cos²θ, ondes transversales et fentes, réflexion et lunettes de soleil

PhysiqueOscillations et ondes16–17 ans

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Un TP virtuel sur la polarisation : la lumière d’une lampe traverse un polariseur puis un analyseur ; tournez l’analyseur et lisez le luxmètre pour vérifier la loi de Malus I = I₀cos²θ, avec tableau de mesures et graphiques de I en fonction de θ et de cos²θ. Vous pouvez insérer un troisième filtre au milieu ou passer aux micro-ondes avec une grille métallique. L’écran Ondes et fentes montre pourquoi seules les ondes transversales se polarisent ; l’écran Réflexion calcule la réflexion de Fresnel, l’angle de Brewster et l’effet des lunettes de soleil polarisantes.

Leçon : Polarisation : la lumière, onde transversale ; filtres polarisants, loi de Malus, polarisation par réflexion et angle de Brewster

Ce qu’elle montre

La lumière est une onde électromagnétique transversale : son champ électrique oscille perpendiculairement à la direction de propagation. La lumière ordinaire n’est pas polarisée : le champ prend toutes les directions du plan transverse. Un filtre polarisant ne laisse passer que la composante selon son axe de transmission ; il divise donc par deux l’intensité d’une lumière non polarisée. Un second filtre à l’angle θ laisse passer la composante E₀cosθ et, comme l’intensité est proportionnelle au carré de l’amplitude, I = I₀cos²θ (loi de Malus). Les ondes longitudinales ne se polarisent pas. La lumière réfléchie est partiellement polarisée, et totalement à l’angle de Brewster, tan θB = n.

Mode d’emploi

Dans l’onglet Loi de Malus, laissez le Polariseur P fixe, réglez l’Analyseur A avec le curseur ou en faisant glisser latéralement sur le dessin, et cliquez sur Noter pour plusieurs angles. Passez le Graphique à I en fonction de cos²θ et lisez I₀ sur la pente. Essayez Ajouter un filtre central entre filtres croisés, Salle éclairée ou Source : Micro-ondes. Dans l’onglet Ondes et fentes, changez Onde, Direction d’agitation et Fente 1. Dans l’onglet Réflexion et lunettes, changez l’Angle d’incidence i et les Lunettes polarisantes.

Paramètres modifiables

  • Écran Loi de Malus, Ondes transversales et longitudinales à travers des fentes, Polarisation par réflexion, lunettes de soleil
  • Source Lumière (lampe), Micro-ondes
  • Axe du polariseur (ou de l’émetteur) P 0–180 °
  • Axe de l’analyseur (ou du récepteur) A 0–360 °
  • Filtre central (ou grille) en place
  • Axe de transmission du filtre central M 0–180 °
  • Lumière de la salle allumée
  • Onde (écran Ondes et fentes) Onde transversale sur une corde, Transversale, agitée dans toutes les directions, Onde longitudinale sur un ressort
  • Direction d’agitation 0–180 °
  • Direction de la fente 1 0–180 °
  • Deuxième fente en place
  • Direction de la fente 2 0–180 °
  • Surface réfléchissante Eau (n = 1,33), Verre (n = 1,50)
  • Angle d’incidence i 0–89 °
  • Lunettes de soleil polarisantes Sans lunettes, Axe de transmission vertical, Tournées de 90° (axe horizontal)

Questions à explorer

  1. Quelle mesure attendez-vous pour θ = 45°, et pourquoi le graphique de I en fonction de cos²θ est-il une droite ?
  2. Pourquoi un troisième filtre à 45° laisse-t-il passer la lumière entre deux polariseurs croisés ?
  3. Pourquoi un filtre polarisant ne peut-il pas arrêter une onde longitudinale comme le son ?

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