Boîte à images
De Wikidebrouillard.
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Présentation de l'expérience
NOTRE ŒIL VOIT LE MONDE A L'ENVERS !
Matériel
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Une boîte à chaussures en carton
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Une loupe
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Du papier calque
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Du ruban adhésif opaque
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Des ciseaux
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Un cutter
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Une règle
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Un crayon à mine
L'expérience
La manipulation
- Enlever le couvercle de la boîte à chaussures. Avec le crayon et la règle, tracer un rectangle de 7 cm de largeur sur 8 cm de hauteur sur une des petites faces de la boîte. Avec le cutter, découper ce rectangle de façon à obtenir une fenêtre. Sur la face opposée, tracer le contour de la loupe, puis découper pour obtenir une fenêtre ronde.
- Prendre le couvercle de la boîte et en découper les bordures. Couper dans le sens de la largeur le grand rectangle obtenu. Sur chacune de ces deux pièces de carton, découper une ouverture de façon à obtenir une fenêtre d'environ 7 cm de largeur sur 8 cm de hauteur.
- Placer un morceau de papier calque entre ces deux nouvelles fenêtres, et le fixer pour qu'il soit bien tendu. Coller les deux fenêtres ensemble avec du ruban adhésif.
- Peindre l'intérieur de la boîte en noir (facultatif) et décorer l'extérieur. Enfin, avec du ruban adhésif, fixer la loupe dans la boîte au niveau de la fenêtre ronde.
- D'une main, tenir la boîte. De l'autre main, tenir la plaque de papier calque dans la boîte (les deux fenêtres rectangulaires (avec et sans calque) sont parallèles). Pointer la boîte (côté loupe) vers un objet éclairé, ou vers une fenêtre. Déplacer la plaque de papier calque d'avant en arrière jusqu'à obtenir une image nette.
Que voit-on ?
L'image qui apparaît sur le papier calque est renversée !
Explications
De manière simple
Si l'image est renversée, c'est à cause de la distance entre la loupe et l'objet regardé !
Posons les bases : une loupe, c'est une lentille biconvexe, avec les deux faces bombées. Lorsque les rayons lumineux provenant d'un objet éloigné traversent la lentille, ils convergent en un point appelé foyer.
Lorsqu'on se sert d'une loupe, on la place toujours près de l'objet qu'on veut grossir, de façon à ce que celui-ci soit entre le foyer et la lentille. On obtient ainsi une image à l'endroit.
Par contre, si l'objet se trouve au-delà du foyer, l'image qui se forme est renversée !
Allons plus loin dans l'explication
Ce que nous avons créé est une sorte de chambre noire, découverte par les Chinois il y a 2500 ans, étudiée pour la première fois par Léonard de Vinci au XVIème siècle.
Une chambre noire (en latin camera obscura) est un instrument optique objectif qui permet d'obtenir une projection de la lumière sur une surface plane, c'est-à-dire d'obtenir une vue en deux dimensions très proche de la vision humaine. En fait, c'est une pièce (salle ou boite), peinte totalement en noir et percée d'un minuscule trou. La lumière entre par ce trou et va dessiner l'image renversée d'un objet ou d'un paysage sur un écran blanc.
Principe : un trou suffisamment petit permet que chacun des "points" constituant l'objet observé soit projetés sur un seul "point" de l'écran (un seul rayon lumineux partant d'un point donné de l'objet atteint l'écran). Si le trou est trop gros, l'image sera floue... L'image est à l'envers et pourtant il n'y a pas de lentille convergente. C'est une des propriétés de la lumière de se comporter de cette façon. Par contre, l'image n'est nette qu'à une certaine distance. L'appareil ainsi constitué est appelé un sténopé.
En 1540, Jérôme Cardan ajoute une lentille convergente derrière le petit trou : c'est une révolution. La lentille permet de donner une image parfaitement nette de l'objet, mais également d'agrandir le trou pour laisser passer plus de lumière sans perdre de la netteté.
Liens avec d'autres expériences sur Wikidébrouillard
Les principes d'optique de la chambre noire apparaissent dans d'autres expériences sur Wikidébrouillard :
Applications : liens avec le quotidien
Vers la photographie... Comme vous avez pu le devinez, cette invention a donné naissance, quelques siècle plus tard à l'appareil photographique (en 1839), l'écran étant remplacé par une pellicule, soit une surface photosensible fixant la lumière.
Lieux propices à sa réalisation
L'objet à observer doit être dans un lieu très lumineux pour parvenir à voir quelque chose, étant donné que nous utilisons du papier calque...
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