TPE : Illusion temporelle

Stroboscopie d'un mouvement périodique

I) Stroboscope

Définition
Expérience

II) Stroboscopie d'un mouvement circulaire uniforme

Immobilité apparente
Mouvement apparent ralenti

Nous pouvons aussi mettre en évidence cette propriété de la rétine en observant un mouvement en lumière intermittente.

I) 1. Définition

Un stroboscope est un flash électronique capable d'émettre des éclairs à une fréquence réglable. La fréquence du stroboscope est le nombre d'éclairs émis par seconde.

Lorsque nous réglons le stroboscope sur une fréquence inférieure à 10 Hz, nous observons des éclairs successifs nettement séparés. Mais si nous augmentons la fréquence des éclairs, c'est-à-dire au delà de 10 Hz, l'éclairage nous paraît continu,
comme vous pourrez le constater dans l'expérience qui suit lors de la première manipulation.
Ce phénomène provient de la persistance des impressions lumineuses sur la rétine , qui garde en mémoire la sensation lumineuse pendant 1/10 de seconde environ.
Pour des éclairs de fréquence supérieure à 10 Hz, donc de période inférieure à 1/10 s, deux éclairs consécutifs ne nous apparaissent plus séparés, nous avons alors une sensation lumineuse continue.

2. Expérience

Grâce au stroboscope, nous pouvons mesurer la période de rotation ou de vibration d'un objet ou d'observer son mouvement ralenti. Pour démontrer cela, nous avons effectué une vidéo expérience composée de plusieurs manipulations qui résument l'ensemble de ce chapitre :

Dans ce schéma on remarque que Te est légèrement supérieure à T (attention ne pas confondre avec la fréquence où fe est légèrement inférieure à f). Entre deux éclairs séparés de Te, le disque effectue un peu plus d'un tour. Le secteur blanc semble tourner au ralenti dans le sens de rotation du disque.

Si la fréquence des éclairs est légèrement inférieure à la fréquence du mouvement périodique étudié, on observe un mouvement apparent ralenti, de même sens que celui du mouvement réel.

Dans un deuxième temps, on recommence la même expérience (f = fe) , mais en augmentant légèrement la fréquence des éclairs, (fe > f). Nous observons alors le phénomène inverse.

mouvement apparent ralenti en sens inverse

Ici, Te est légèrement inférieure à T. Entre deux éclairs séparés de Te, le disque effectue un peu moins d'un tour. Le secteur blanc semble tourner au ralenti dans le sens inverse de rotation du disque.

Si la fréquence des éclairs est légèrement supérieure à la fréquence du mouvement périodique étudié, on observe un mouvement apparent ralenti, en sens inverse de celui du mouvement réel.

Cette observation permet de comprendre le mouvement apparent des roues d'une diligence au cinéma, en effet on peut avoir l'illusion qu'une roue ne tourne pas alors qu'elle est en rotation, ou qu'elle tourne en sens inverse du sens réel.