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La lumière

Index de l'article

Dans la nuit une multitude de source lumineuse artificielle brille dans la ville. Pour voir ces sources, il faut utiliser l'oeil qui est notre récepteur de lumière. Dans ce document nous allons étudier brièvement la propagation de la lumière, la détection de la lumière et les couleurs.

 


Sources et réception de lumière

C'est un corps qui produit la lumière: soleil, étoile, feu tricolore.

  • Source primaire: Elle produit elle-même la lumière
  • Source secondaire: Elle renvoie la lumière qu'elle reçoit. Exemple: le miroir

Récepteur de lumière

Un récepteur de lumière est un corps qui reçoit de la lumière produite par les sources primaires. Il peuvent diffuser la lumière (la renvoyer dans toutes les directions) ils peuvent également la réfléchir.

 


Propagation de la lumière

Faisceaux lumineux rayon lumineux

Dans un milieu transparent et homogène la lumière se propage en ligne droite. Cette droite est appelée rayon lumineux. On représente un rayon lumineux par une droite fléchée.

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Les faisceaux lumineux sont l'ensemble des rayons lumineux. On distingue:

  • Les faisceaux cylindriques ou parallèles.
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  • Les faisceaux divergents.
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Chambre noire

La chambre noire est une enceinte opaque (objet qui ne laisse pas passer la lumière) dont 2 faces sont opposées ou en regard. L'une des faces est percée d'un trou (orifice) d'environ 2 millimètres de diamètre. L'autre est une face translucide (qui laisse la lumière mais ne permet pas de distinguer les contours de l'objet), c'est l'écran.
L'image est de même couleur que l'objet.
L'image est renversée de l'objet AB, on a l'image B'A'
L'image est de taille si l'objet est éloigné de l'orifice et de grande taille si l'objet est rapproché.


Ombre propre, ombre portée ou pénombre

Tous les objets opaques éclairés ont une ombre.

Expérience I: Eclairons un écran blanc à l'aide d'une source peut étendue puis plaçons sur le chemin une boule opaque.

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Un objet opaque placé dans un faisceau constitue un obstacle que la lumière ne peut contourner. Ainsi s'explique la formation de l'ombre propre et de l'ombre porté derrière l'objet.

Expérience II: Eclairons maintenant une source étendue, plaçons ensuite une boule opaque devant la source. Eclairons maintenant l'écran avec une source plus étendue.

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Lorsqu'un objet est éclairé par une source plus étendue, son ombre propre se décompose en 2 parties: Une zone de pénombre partiellement éclairée et une zone d'ombre parfaitement obscure et il en est de même de son ombre porté.

Les éclipses de soleil et de lune

Eclipse de soleil

La lune tourne au tour de la terre qu'elle même tourne au tour du soleil. Il arrive que la terre, la lune et le soleil soient alignés: c'est l'éclipse. Dans la phase de la nouvelle lune, il arrive que la lune passe entre la terre et le soleil. La lune crée alors une ombre portée sur la terre. Pour les observateurs terrestres situés dans cette ombre, la lune peut masquer complètement le soleil: c'est l’éclipse totale du soleil. Il fait nuit en plein jour pendant 7 minutes. Pour d'autres observateurs terrestres situés dans le pénombre de la lune, l'éclipse est partielle, la lune ne cache qu'une partie du soleil.

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L'éclipse de la lune

Dans une phase de plaine lune, il arrive que la lune entre dans le cône d'ombre de la terre. N'étant plus éclairé elle devient invisible dans le ciel nocturne: c'est une éclipse de lune.

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Vitesse de propagation de la lumière

La valeur de la vitesse de la lumière dépend du milieu dans lequel elle se propage. Dans le vide elle se propage avec une vitesse de c= 299.792.458m/s. Cette valeur est exacte par définition mais on utilise le plus souvent la valeur approchée c:300.000.000m/s


 


Les récepteurs de lumière

Pour recevoir les informations transmises il faut des dispositifs sensibles à la lumière. On les appelle récepteur de lumière

L'oeil

L'oeil est un récepteur physique (le plus perfectionné des récepteurs de lumière). L'oeil est un globe sensible sphérique limité par une membrane blanche, la corné est une partie antérieure de la membrane blanche (elle est transparente). L'oeil est partagé en 2 parties complètement remplies de substance transparente:

  • L'humeur aqueuse qui se situe en avant du cristallin
  • L'humeur vitrée qui se trouve en arrière du cristallin

La partie arrière de l'intérieur de l'oeil est tapissé d'une membrane sensible à la lumière: C'est la rétine. Pour voir un objet il faut que les rayons lumineux qu'il émet entre dans la pupille et traversent les différents milieux transparents, ils forment une image sur la rétine. La rétine transparente transforme cette image en forme de signal nerveux qui est interprété par notre cerveau.

Les autres récepteurs

  • Les récepteurs photochimiques: qui déclenchent un phénomène chimique lorsqu'il reçoivent de la lumière (plantes vertes)
  • Les photopiles: Elles produisent de l'électricité à partir de la lumière
  • Les photorésistantes: qui fonctionnent lorsqu'elles sont éclairées

 


La couleur des objets

La dispersion de la lumière blanche

La lumière du soleil, celle d'une lampe à incandescente et celle émise par la majorité des sources primaires est appelée lumière blanche.
Plaçons un prisme entre une source de lumière blanche et un écran.

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La lumière blanche est remplacée par une bande colorée avec les couleurs de l'arc-en-ciel. C'est le spectre de la lumière blanche.
Le prisme disperse la lumière. Les gouttes d'eau en suspension dans l'atmosphère (Brume et pluie) sont décomposées. La lumière est composée de plusieurs lumières Monochromatiques (lumière à une couleur).

La recomposition de la lumière blanche

Plaçons une lentille entre le prisme et l'écran, il réapparaît un spot blanc. La lentille est un dispositif optique permettant la recomposition de la lumière blanche.
Faisons tourner le disque de Newton il apparaît blanchâtre.

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Il permet d'expérimenter la décomposition de la lumière.

La synthèse additive des couleurs

Plaçons 3 lanternes devant 3 filtres (corps transparent permettant d'intercepter certaines couleurs) de couleur rouge, bleue, verte.

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Les couleurs fondamentales primaires sont celles qui permettent la recomposition de la lumière de la lumière blanche.
Les couleurs secondaires sont celles provenant de la superposition de 2 couleurs fondamentales. Exemple Jaune, cyan

Les couleurs complémentaires:
Jaune _________ bleu
Magenta ______ vert
Cyan __________ rouge.

 


Comment voir-t-on les objets en couleur

  • Un objet noir absorbe toutes les lumière qu'il reçoit et n'en rejette aucune
  • Un objet blanc diffuse toutes les lumières colorées qu'il reçoit et n'en absorbe aucune
  • Un objet coloré absorbe seulement une partie de la lumière qu'il reçoit et diffuse la lumière colorée que nous voyons.

Un objet a la couleur de la lumière qu'il diffuse.
Un objet est noir lorsqu'il absorbe toute la lumière qui l'éclaire.