Tom Tierney transforme la célèbre pochette de l'album en un exercice de physique en classe et révèle quelques incohérences
Cette année marque le 50e anniversaire de la banque de rock britannique Pink Floyd a sorti son album phare The Dark Side of the Moon. D'après mon expérience en tant que professeur de physique, je peux vous dire que la plupart des adolescents d'aujourd'hui auraient du mal à nommer une seule piste sur l'album. Mais une majorité d'entre eux reconnaissent encore la pochette d'album iconique, qui représente la réfraction de la lumière à travers un prisme triangulaire. En effet, je suis convaincu que les étudiants pourront nommer à la fois l'album et le groupe s'ils montrent l'illustration (même si aucun n'apparaît sur la couverture), ce qui en fait un outil utile dans la classe de physique, même aujourd'hui.
En termes de physique réelle derrière l'art, je vais passer outre le fait que la Lune n'a pas de véritable "côté obscur" - simplement un "côté éloigné" que nous ne pouvons pas voir de la Terre, comme la Lune est verrouillé à marée. De manière assez amusante, cela est même référencé sur l'album lui-même où une voix de fond dit "il n'y a pas vraiment de côté obscur sur la Lune" avant d'ajouter "en fait, tout est noir..." C'est peut-être un clin d'œil à le fait que la Lune ne produit pas sa propre lumière ?
Mis à part ces faits astronomiques, il y a deux aspects intéressants de la conception qui concernent directement les étudiants en physique. La première est de savoir comment - si la conception originale du gatefold est complètement ouverte - vous voyez une image avec de la lumière traversant deux prismes. Dans celui-ci, la lumière est divisée en ses couleurs constitutives avant de traverser un prisme, mais est ensuite recombinée en lumière blanche avant de traverser un deuxième prisme, puis d'être à nouveau divisée.
Apparemment, cela a été fait pour permettre des expositions intéressantes dans les magasins de disques. Néanmoins, il illustre l'une des premières contributions d'Isaac Newton à la physique optique, car il montre comment la lumière blanche est dispersée dans ses couleurs constitutives par un prisme et comment elle peut être recombinée à travers un autre prisme. Un précédent Monde de la physique article - "Toile de confusion» (mai 2022) – a déjà mis en évidence une discussion animée en classe sur certaines des erreurs qui s'y trouvent.
Mais il y a un autre aspect de la pochette de l'album qui mérite également l'attention dans les cours de physique. Pouvons-nous l'utiliser pour déterminer le indice de réfraction (IR) du prisme illustré dans l'image originale, et pour le découvrir correspondent à tout matériel disponible? L'IR d'un matériau est essentiellement une mesure de la mesure dans laquelle la lumière se réfracte lorsqu'elle entre ou sort du matériau. Elle se calcule facilement, si l'on sait mesurer les angles entre la trajectoire de la lumière et une ligne tracée perpendiculairement à la surface, dite « normale ».
Toile de confusion
J'ai imprimé quelques copies de l'œuvre et demandé l'aide de quelques étudiants pour déterminer l'IR du matériel sur la couverture. Nous avons ajouté la normale où la lumière frappe le prisme et où elle émerge, et avons soigneusement mesuré les différents angles d'incidence et de réfraction, ce qui nous a permis de calculer les valeurs de l'indice de réfraction. Ou devrais-je dire des indices de réfraction – parce que ce que nous avons découvert était quelque peu troublant.
Avoir plus d'un RI n'est pas un problème en soi. Après tout, aux deux extrêmes du spectre, le RI de la lumière violette doit être supérieur à celui de la lumière rouge. C'est pourquoi la lumière se sépare en ses différentes couleurs : la lumière violette ralentit beaucoup plus que la lumière rouge lorsqu'elle pénètre dans un matériau dense, et c'est pourquoi elle se courbe d'un angle plus grand. En fait, j'avais vérifié à l'avance les valeurs typiques et je savais que l'IR pour la lumière rouge traversant le verre est généralement d'environ 1.51, tandis que pour la lumière violette, il est d'environ 1.53. Mais le Dark Side of the Moon l'image ne produit pas de valeurs proches non plus.
Sur le chemin du prisme sur la couverture de l'album, les angles d'incidence et de réfraction de la lumière violette donnent un RI de 2.42, ce qui est bien trop élevé pour être du verre ordinaire. Après avoir fouillé, nous avons trouvé qu'il correspond étroitement au RI de zincite – un minéral transparent qui contient principalement de l'oxyde de zinc. Mais la zincite est généralement teintée de jaune ou de rouge, elle ne correspond donc guère à l'image sur la photo.
Cela n'a pas vraiment d'importance, car le matériau ne peut tout simplement pas être de la zincite ou quoi que ce soit d'autre d'ailleurs. Parce que s'il s'agissait de zincite, nous nous attendrions à une valeur similaire, bien que légèrement inférieure, pour la lumière rouge. En fait, nous obtenons une valeur de 1.15 pour le rouge, ce qui ne correspond à aucun matériau courant que je puisse retrouver.
Je me suis demandé brièvement si les variations de densité du prisme pouvaient expliquer les incohérences, mais cela ne fonctionne pas non plus
Ça s'empire. Lorsque la lumière émerge à droite de l'image, les angles qui y sont mesurés nous donnent deux autres valeurs, totalement incohérentes : 1.08 pour la lumière violette et 1.85 pour la rouge.
Je me suis brièvement demandé si les variations de densité du prisme pouvaient expliquer les incohérences, mais cela ne fonctionne pas non plus. En termes simples, si la densité (et les IR) du verre variaient, nous nous attendrions à voir la lumière suivre un chemin courbe à travers le verre, ce qui n'a aucun sens. C'est presque comme si Tempête Thorgerson, qui a conçu la couverture de l'album, a décidé d'ignorer complètement Snell et les lois de la réfraction.
Il n'aurait même pas été si difficile pour Thorgerson de créer une version plus précise et réaliste du chemin que la lumière devrait emprunter. Il suffit de regarder l'image ci-dessus, qui a été prise en 2017 par Maçon Maxwell – un photographe amateur – à l'aide d'un prisme de verre. Il montre ce que le Pink Floyd la couverture aurait vraiment dû l'être.
Peut-être pouvons-nous attribuer les erreurs à une licence artistique et à un manque d'expertise générale en optique. Peut-être la demande de Pink Floyd claviériste Richard Wright pour un design "simple et audacieux" - symbolisant les thèmes profonds de l'album entourant la richesse, la cupidité et les conflits - a finalement "éclipsé" la précision scientifique. Quoi qu'il en soit, 50 ans plus tard, cette image emblématique est là pour rester.
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