L'expérience de la roue dentée


schéma de l'expérience
Schéma de principe de l'expérience de la roue dentée mise au point par fizeau.

D'une source lumineuse S de petite dimension, la lentille L1, suivie de la lame semi-réfléchissante L, forme une image au foyer objet F d'une lentille L2. Les ensembles de rayons parallèles transmis par L2 sont reçus à grande distance par une lentille L3, qui forme une nouvelle image de la source sur le miroir M; ce dernier est orienté normalement à l'axe commun des lentilles L2 et L3. Cette image que le faisceau réfléchi traverse à nouveau, pour former en F une image finale. L'œil observe cette dernière à travers la lame L et l'oculaire Oc. Une roue R, munie à sa périphérie de p dents identiques régulièrement réparties, est disposée normalement à l'axe du faisceau, de façon que, pendant qu'elle tourne autour de son axe A, F se trouve alternativement soit sur une dent, soit dans l'intervalle (creux) entre deux dents, de même largeur que celles-ci. On règle la vitesse de rotation uniforme q (tours/s) de telle sorte qu'au bout du temps r tel que équationqui est nécessaire pour qu'une dent prenne la place du creux voisin, ou encore au bout d'un temps (2k+1) fois plus grand (avec k entier), les faisceaux lumineux issus de S qui ont pu passer à travers les creux successifs défilants en F se trouvent exactement arrêtés par une dent à leur retour. Il faut et suffit, pour cela que q satisfasse à la condition: équation, l étant la distance MF.

Si l'on fait croître progressivement la vitesse de rotation, l'œil perçoit donc des extinctions de la lumière qu'il reçoit de F, pour des valeurs de q qui sont entre elles comme les nombres impaires successifs. On trouve, par exemple que pour k=0 (première extinction), p=500 et l= 15 km, q doit être voisin de 10 tours/s; d'où c. L'incertitude d'abord grande fut réduite par la suite à moins de 100 km/s, et ce, en accroissant la distance l.