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Avez-vous déjà remarqué qu'une paille semble pliée ou cassée lorsque vous la regardez à travers un verre d'eau ? En réalité, la paille est parfaitement droite; l'illusion naît de la physique de la réfraction de la lumière.
La lumière se propage à différentes vitesses dans différents milieux. Il se déplace plus rapidement dans l’air, plus lentement dans l’eau et plus lentement dans le verre. Lorsque la lumière rencontre une frontière entre des milieux de densités différentes, sa vitesse change, provoquant une courbure des rayons lumineux. Cette courbure, ou réfraction, déforme l'image que nous voyons des objets immergés dans l'eau.
Lorsque vous observez une paille dans un verre d’eau claire, les rayons lumineux réfléchis par la paille traversent d’abord l’eau, puis le verre, avant d’atteindre vos yeux. Le changement de vitesse à chaque interface plie les rayons, donnant l’impression que la paille est déplacée, comme si elle était cassée ou pliée. L'effet est plus fort près de l'interface eau-air.
La réfraction explique également pourquoi la partie immergée de la paille apparaît agrandie. La courbure de la lumière autour de la paille et la courbure de la surface du verre provoquent un agrandissement de l'image, de la même manière que fonctionne une loupe.
De nombreux objets du quotidien – crayons, règles, ustensiles de cuisine – sembleront déformés lorsqu’ils seront observés à travers l’eau. Même les objets plus gros, comme un skimmer de piscine, peuvent être affectés. Ces expériences quotidiennes illustrent comment la réfraction modifie notre perception.
Pour une démonstration simple, remplissez un verre d'eau et placez un morceau de papier avec deux flèches identiques, une au-dessus et une en dessous de la ligne de flottaison, à environ 4 à 5 pouces du verre. Déplacez lentement le papier du côté droit du verre. Lorsque la lumière traverse l’eau, la flèche positionnée au-dessus de l’eau semble se croiser vers la gauche, créant ainsi une image inversée. La courbure de la lumière donne également l’impression que la flèche est plus grande qu’elle ne l’est réellement. L'augmentation de la distance entre le papier et le verre réduit la taille apparente de la flèche. Lorsque le papier est maintenu contre la vitre, la flèche peut ne pas s'inverser mais apparaîtra quand même agrandie et légèrement déformée.
Essayez la même configuration avec des mots sur le papier pour observer comment ils s'inversent en raison de la réfraction.