Les forces optiques de Bernoulli pourraient diriger des objets baignés de lumière, selon les théoriciens

Si vous n'avez jamais entendu parler des forces de Bernoulli, vous en aurez certainement fait l'expérience. Ce sont les forces qui maintiennent l'avion en l'air, qui aspirent du carburant dans le carburateur de votre voiture et font dévier les balles de tennis en rotation.

Il porte le nom du scientifique suisse du XVIIIe siècle Daniel Bernoulli qui a découvert qu'un fluide s'écoulant à grande vitesse a une pression plus faible qu'un fluide s'écoulant à basse vitesse. Lorsque la différence de pression se produit sur les côtés opposés du même objet tel qu'une aile, il subit une force qui pousse l'aile de la région de haute pression vers celle de basse pression.

Cela soulève une question intéressante. Les objets placés dans un écoulement fluide non conventionnel, comme un faisceau lumineux, peuvent-ils également subir les forces de Bernoulli ? Aujourd'hui, Ramis Movassagh de la Northeastern University de Boston et Steven Johnson du Massachusetts Institute of Technology de Cambridge, disent qu'ils le peuvent et explorent les conditions dans lesquelles cela pourrait se produire.

Ces gars-là commencent leur analyse en imaginant un cylindre diélectrique en rotation, comme une tige de verre, baigné dans un flux de photons. Dans cette analogie, le flux de photons est le fluide et la tige de verre est l'équivalent d'une balle de tennis en rotation.

Dans un jeu de tennis, une balle en rotation se déplaçant dans l'air dévie parce que la pression d'un côté est plus grande que de l'autre. C'est parce que d'un côté de la balle en rotation, sa surface se déplace dans le flux d'air mais s'en éloigne de l'autre côté. Cela provoque une différence de pression, comme le prédit Bernoulli.

Movassagh et Johnson se demandent si une différence de pression similaire pourrait survenir pour un objet en rotation dans un faisceau de lumière. Ils concluent que oui, mais seulement si l'objet est fait d'un matériau diélectrique, comme le verre ou le plastique.

Dans un diélectrique, un champ électromagnétique externe peut pénétrer une faible profondeur dans le matériau. Lorsque le matériau est en rotation, cette interaction génère une force. Movassagh et Johnson calculent que cette force est dans le même sens que la force de Bernoulli lorsque la susceptibilité électrique du matériau est positive et dans le sens opposé lorsque la susceptibilité électrique est négative.

Un corollaire intéressant est que la force est nulle lorsque le matériau est conducteur. Ça a du sens. Parce qu'un conducteur parfait ne permet aucune pénétration des champs électromagnétiques, les champs ne peuvent pas remarquer qu'il tourne ou être entraîné par la matière en mouvement, disent Movassagh et Johnson.

Il y a cependant une mise en garde : cette nouvelle force optique de Bernoulli est minuscule. Cependant, ils soulignent qu'il devrait être possible de l'amplifier en exploitant des effets de résonance. Cela pourrait être fait avec des sphères multicouches qui peuvent piéger la lumière ou en utilisant des matériaux dans lesquels l'interaction avec la lumière est renforcée par des plasmons de surface, par exemple.

Personne n'a jamais vu la force optique de Bernoulli, mais avec ce type de grossissement, il sera peut-être possible de la voir en laboratoire dans un avenir relativement proche.

La seule question sera alors à quoi pourraient servir les forces optiques de Bernoulli. Répondez s'il vous plaît dans la section commentaire ci-dessous.

Réf : arxiv.org/abs/1305.0317 : Optique Bernoulli Forces

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