A) La Stroboscopie

1. Qu'est-ce qu'un stroboscope ?

Le premier stroboscope fut inventé par Joseph Plateau en 1836. C’est un appareil électronique qui émet des flashs lumineux à fréquence réglable. Cette fréquence est le nombre d’éclairs par secondes. Il s’utilise dans le noir, afin de profiter des effets des flashs lumineux. Lorsque la fréquence du stroboscope est supérieure à 10 hertz, l’éclairage nous paraît continu. Cela est dû à la persistance rétinienne qui permet, comme expliqué dans le paragraphe I- C), une mémoire très courte au niveau de la rétine des objets, couleurs et lumières qu’elle perçoit. La stroboscopie permet ainsi l’illusion du mouvement continu dans les dessins animés mais elle n’est pas utile que pour cette utilisation :les néons s’illuminent deux fois au cours d’une période du courant alternatif ; ils produisent donc  100 éclairs par seconde. Pourtant, on a l’impression qu’ils illuminent en continu. Le stroboscope permet également aux mécaniciens d’observer les va-et-vient car si une machine (comme un moteur) tourne très vite, l'oeil n'a pas le temps d'enregistrer chaque mouvement. Le stroboscope permet alors, à une fréquence donnée (voir expérience) d’effectuer un arrêt sur image. Les mécaniciens pouvaient ainsi réaliser des réglages. En somme, le stroboscope permet d'observer des phénomènes périodiques à fréquence trop élevée pour l'oeil car celui-ci n'en perçoit pas la discontinuité ou bien de créer l’illusion d’un mouvement continu avec des flashs lumineux à une fréquence supérieure à 10 Hertz.

2. Expérience Stroboscope

- Matériel nécessaire

     * un stroboscope

      * un disque rigide, avec une partie grisée

      * un moteur, qui permet de faire tourner le disque (dans notre cas, une perceuse)

      * un appareil photo

Photo du matériel utilisé pour l'expérience

 - Protocole expérimental

1)  Fixer le disque à l'embout de la perceuse

2) Allumer le stroboscope

3) Allumer la perceuse

4) Fixer la vitesse de rotation du disque de façon à ce qu'elle soit constante

5) Faire varier la période des éclairs du stroboscope (Ts) tout en éclairant le disque; et constater la position de la partie grisée.

- Partie théorique

     * 1er cas : Lorsque, entre deux éclairs, le disque fait un tour complet (fréquence d’éclairement = fréquence de rotation du disque)

On voit ceci : 

On observe une immobilité apparente.

     * 2ème cas : Lorsqu'entre deux éclairs, le disque fait un peu plus d'un tour complet (fréquence des éclairs légèrement inférieure à la fréquence de rotation du disque).

On voit ceci : 

On observe un mouvement ralenti dans le même sens que le mouvement réel.

     * 3ème cas : Lorsqu'entre deux éclairs, le disque fait un peu moins d'un tour complet (fréquence des éclairs légèrement supérieure à la fréquence de rotation du disque).

On voit ceci : 

On observe un mouvement ralenti inverse dans le sens opposé au mouvement réel.

     * 4ème cas : Lorsque l'on accélère la fréquence des éclairs, on a l'impression que la zone grisée est en mouvement continu.

On voit ceci : 

On observe un mouvement continu du rayon sur le disque.

- Quelques formules utiles ...

* fa : fréquence apparente

* fo : fréquence observée; fréquence réelle du disque

* f1 : fréquence d'obturation du stroboscope

* f : fréquence du stroboscope

* P : nombre de taches observées

* fd : fréquence du disque

Exemples :

Si le stroboscope a la même fréquence que le disque, on observe une tache unique.

Si le stroboscope a une fréquence deux fois plus rapide que le disque, on observe deux taches.