Périscope
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Version du 13 juillet 2014 à 08:49
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Présentation de l'expérience
Imaginez un grand mur devant vous, mais vous ne savez pas ce qu’il y a derrière… Bien sûr, votre curiosité vous pousse à découvrir ce qu’il s’y cache.
Vous pouvez alors chercher un escabeau, et regarder par-dessus. Mais bien évidement, vous ne voyez rien d’extraordinaire. S’il y avait un oiseau, il vous aura vu ou entendu et ne vous aura pas attendu pour déguerpir !
Il faudrait voir, sans être vu ! Un peu contradictoire avec le slogan de la Prévention Routière…
Vous voulez regarder ce qu’il se cache derrière ce mur, les « poilus » de la Première Guerre Mondiale voulaient savoir où était l’ennemi sans se montrer et se faire prendre pour cible, c’est aussi l’objectif des sous-mariniers.
Gutenberg fut le premier à proposer le principe du périscope (voir L’expérience…) au début du 15ème siècle, dont le but était de voir par-dessus une foule de personnes.
Matériel
L'expérience
En vidéo
La manipulation
Cette maquette permet de voir comme si l’œil était positionné plusieurs décimètres au dessus de la tête. L’observateur place son œil comme sur le schéma ci-dessous et visualise l’image pointée par le trou au sommet du périscope.
Que voit-on ?
En se plaçant dans la même position que dans le schéma ci-dessus, on voit une image comme si notre œil était placé 50 centimètres au dessus.
Explications
De manière simple
- Le Principe
Une image est une représentation d’un objet. Les rayons lumineux provenant de l’objet sont propagés dans toutes les directions de l’espace, et sont habituellement reçus directement par l’œil avec éventuellement une lunette. Dans le cas d’un périscope, les rayons viennent se projeter sur le miroir du haut. Ces rayons sont réfléchis vers le miroir du bas où ils sont de nouveau réfléchis, vers l’œil ! L’observateur voit alors l’objet comme si son œil était positionné plusieurs décimètres au dessus. L’orientation des miroirs à 45° est très importante si on ne veut pas regarder le sol ou les nuages…
- Evolutions
Bien évidement, ce système n’est pas très efficace. Il a été ajouté des équipements optiques afin de pouvoir voir plus net, et plus loin.
Allons plus loin dans l'explication
Le schéma ci-dessus représente une évolution du périscope où les miroirs sont remplacés par les prismes, et où des lentilles ont été ajoutées. Un rayon lumineux arrive perpendiculairement sur une face d'un côté de l'angle droit du prisme (triangle rectangle isocèle)
- Il n'est pas dévié en entrant dans le prisme puisque l'angle d'incidence est de 0° (rayon incident perpendiculaire à la surface). Donc, l'angle de réfraction est de 0° : la réfraction est quasi nulle.
- Le rayon arrive sur l'hypoténuse avec un angle î = 45°. Cet angle est trop important pour qu’il y ait réfraction.
- Il y a donc réflexion totale; le rayon ne sort pas du prisme. L'angle de réflexion est de 45°.
- Et sort donc du prisme perpendiculaire au côté de l’angle droit. Pour aller sur le prisme suivant.
- A la sortie de ce deuxième prisme, le rayon lumineux est reçu par l’œil.
Des objectifs et oculaires (composés de lentilles) peuvent être ajoutés afin d’améliorer l’accommodation et la vision. L’oculaire étant composé de lentilles convergentes, on observerait une image retournée si on ne procédait pas à une inversion optique des rayons lumineux par un système de lentilles (voir schéma).
Liens avec d'autres expériences
Quelques expériences simples et ludiques sur le site osa.org - Format pdf
Expériences sur le Wikidébrouillard
Autres expériences
Applications : liens avec le quotidien
- Surveillance de surface pendant l’immersion. Ex : sous-marin.
- Surveillance de l’ennemi dans les tranchées pendant la Première Guerre Mondiale.
- Utilisation sur les premiers chars allemands (Première Guerre Mondiale).
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