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L'expérience du couteau tordu

Dossier - Des expériences pour animer vos repas entre amis
DossierClassé sous :physique , Insolite , science insolite

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Vous allez surprendre vos amis avec ces expériences plus étonnantes les unes que les autres : retournez votre verre de vin sans en perdre une goutte, mettez une olive en lévitation ou tordez leurs couteaux… Autant de tours renversants à découvrir dans ce dossier.

  
DossiersDes expériences pour animer vos repas entre amis
 

Voulez-vous montrer votre force surhumaine à vos amis ? Voire vous transformer en magicien ? Alors soyez celui qui tord les couteaux en un clin d'œil grâce à la réfraction de la lumière...

Le couteau tordu. © Flotty/Silberfuchs - Domaine public

Matériel à prévoir

• un saladier ;
• un couteau ;
• de l'eau.

Durée : 1 minute.

Le couteau semble plié, mais il ne s’agit que d’une illusion d’optique. © Le Pommier

Trucs pour ne pas rater l’expérience

Prenez un saladier cylindrique assez large et un couteau bien droit pour éviter de multiplier les effets de courbure. Observez en prenant un peu de recul. Pour mieux observer le phénomène, évitez que le manche repose sur les bords du récipient. L'angle d'observation est important pour bien le voir.

Comment faire l’expérience ?

Il est plus facile de courber un couteau avec cette expérience qu’en usant de ses biceps… © Le Pommier

Comment ça marche ?

Il suffit de sortir le couteau pour vérifier qu'il n'est pas tordu. Alors, que s'est-il passé ? Simplement un effet d’optique dû à la déviation de la lumière au moment où elle traverse la surface entre l'eau et l'air.

En savoir plus sur la réfraction de la lumière

La lumière se déplace en ligne droite, mais si elle passe d'un milieu à un autre, elle peut changer de direction : c'est la réfraction. Ce phénomène dépend à la fois de l'angle d'incidence, c'est-à-dire l'angle des rayons lumineux par rapport à la surface air-eau, et des indices de réfraction n des deux milieux : air (n = 1) et eau (n = 1,33).

Cet indice de réfraction dépend de la vitesse de la lumière dans le milieu concerné. Ainsi, dans l'eau, la vitesse de la lumière n'est que de 225.000 km/s, les trois quarts de celle que l'on observe dans l'air (300.000 km/s). Les rayons lumineux qui proviennent de la partie émergée du couteau arrivent en ligne droite vers notre rétine.

La cassure apparente d’un objet dans l’eau s’explique par le phénomène de réfraction de la lumière. © Le Pommier

Ceux qui proviennent de la partie immergée n'arrivent pas en ligne droite (trajet le plus court en distance), mais par le trajet le plus court en durée : comme la lumière est ralentie dans l'eau, le trajet plus court en durée va sortir de l'eau plus tôt que si elle suivait la ligne droite, quitte à faire ensuite un trajet dans l'air un peu plus long, mais plus rapide ! On voit alors la partie immergée à une position différente de celle qu'elle occupe réellement, donc pas dans l'axe de la partie émergée : c'est pourquoi le couteau nous paraît tordu.

Où observer ce phénomène ?

  • Tromper le pêcheur. Quand un pêcheur voit un poisson dans l'eau, le poisson semble plus près de la surface qu'il ne l'est en réalité. L'œil interprète l'image perçue comme si les rayons étaient en ligne droite.
  • Les mirages. Ce phénomène de réfraction se produit aussi lorsque les rayons lumineux passent d'une zone d'air chaud à une zone d'air froid ou inversement. Ainsi, en plein désert, les rayons lumineux venant du ciel peuvent être déviés en traversant une couche d'air très chaud près du sol : on croit voir une mare d'eau sur le sol.
La déviation des rayons lumineux du ciel très près du sol peut donner à un spectateur l’impression d’une flaque d’eau à terre, ou de voir un paysage lointain flotter au-dessus du sol. © Le Pommier
  • Ce phénomène existe aussi pour une couche d'air plus froide au niveau du sol : les rayons sont alors déviés dans l'autre sens, ce qui donne l'impression de voir surélevé ce qui est au sol. Ainsi, sur la côte vendéenne, certains jours, on peut voir l'île de Ré qu'on ne voit pas d'ordinaire, car comme elle est située à 40 km, elle est normalement cachée par la courbure du globe terrestre.
  • Voir une flaque d'eau sur une route sèche. Au loin, sur une route goudronnée, en plein été, on a souvent l'impression d'apercevoir des flaques d'eau. Il s'agit d'un mirage. L'air est surchauffé par la surface noire de la route. Comme dans le désert, cet air très chaud dévie les rayons lumineux venant du ciel. En effet, l'air chauffé étant moins dense, son indice de réfraction est plus faible, d'où ce phénomène de déviation (qui est une réfraction, au sens optique). De plus, la surface noire surchauffée du goudron de la route renforce cet effet miroir.