TABLE DES MATIÈRES MODULE 1 : SOURCES PRIMAIRES ET SECONDAIRES... 5 MODULE 2 : RÉFLEXION ET RÉFRACTION... 8

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1 par STÉPHANIE TELLIER

2 TABLE DES MATIÈRES MODULE 1 : SOURCES PRIMAIRES ET SECONDAIRES... 5 CE QUE JE SAIS SUR LES SOURCES DE LUMIÈRE... 5 EXPÉRIMENTATION... 6 CUEILLETTE DE DONNÉE... 6 NOTIONS SCIENTIFIQUES... 6 Source primaire... 6 Source secondaire... 7 CE QUE J AI APPRIS SUR LES SOURCES DE LUMIÈRE... 7 MODULE 2 : RÉFLEXION ET RÉFRACTION... 8 CE QUE JE SAIS SUR LA RÉFLEXION ET LA RÉFRACTION... 8 EXPÉRIMENTATION... 9 Construit un périscope!... 9 Observe la réfraction de la lumière! CUEILLETTE DE DONNÉE Réflexion Réfraction NOTIONS SCIENTIFIQUES Réflexion Réfraction CE QUE J AI APPRIS SUR LA RÉFLEXION ET LA RÉFRACTION MODULE 3 : LES COULEURS ET LA DIFFRACTION DE LA LUMIÈRE BLANCHE CE QUE JE SAIS SUR LES COULEURS ET LA DIFFRACTION EXPÉRIMENTATION Crée un arc-en-ciel sans pluie! CUEILLETTE DE DONNÉE NOTIONS SCIENTIFIQUES CE QUE J AI APPRIS SUR LES COULEURS ET LA DIFFRACTION

3 RÉPONSES AUX QUESTIONNAIRES MODULE Ce que je sais sur les sources de lumière! Ce que j ai appris sur les sources de lumière! MODULE Ce que je sais sur la réflexion et la réfraction Ce que j ai appris sur la réflexion et la lumière MODULE Ce que je sais sur les couleurs et la diffraction Ce que j ai appris sur les couleurs et la diffraction CONCLUSION BIBLIOGRAPHIE

4 FAUT VOIR CLAIR! Essaie d imaginer une planète où il n y aurait pas de lumière et où les êtres humains seraient plongés dans une noirceur totale. Sans lumière, il n y aurait pas de plante ni de couleur. La vie serait bien triste dans un monde comme cela, heureusement pour toi, la Terre est remplie de différents types de lumière. Dans ce document, tu en apprendras un peu plus sur la lumière à travers des questionnaires, des expérimentations et des explications scientifiques. Dans le module 1, tu verras la différence entre les lumières primaires et secondaires. Dans le module 2, tu en apprendras davantage sur deux phénomènes lumineux : la réflexion et la réfraction. Pour terminer, le module 3 te permettra de mieux comprendre la diffraction de la lumière blanche qui crée, par exemple, le phénomène des arcs-en-ciel. 4

5 Module 1 : Sources primaires et secondaires Ce que je sais sur les sources de lumière D après toi, ces objets sont des sources de lumière primaire ou secondaire? A- Soleil B- Ampoule C- Fraise D- Feu E- Luciole F- Terre G- Livre H- Humain I- Éclair 5

6 Expérimentation Pour savoir si quelque chose est une source de lumière primaire ou secondaire, il existe une expérience bien simple que tu peux faire à la maison! Tu n as qu à éteindre les lumières afin qu il fasse très noir. Tout ce dont tu as besoin, c est une lampe de poche. Voici comment faire : 1- Ferme les lumières et n allume pas ta lampe de poche. Quels sont les objets que tu peux voir? 2- Allume ta lampe de poche et éclaire un objet. Peux-tu le voir? Peux-tu voir les objets qui ne sont pas éclairés par le faisceau lumineux? 3- Note tes informations Cueillette de donnée Lorsque les lumières sont éteintes, on ne peut voir seulement que les objets qui ont des lumières comme un réveille-matin. Quand on éclaire les objets avec une lampe, on peut les voir clairement et voir un peu ceux qui sont proches, mais on ne voit pas du tout ceux qui sont trop loin de la lumière. Notions scientifiques Il existe deux grandes catégories de sources lumineuses, les sources primaires et celles qui sont secondaires. Source primaire Les sources primaires émettent de la lumière, elles transforment l énergie non lumineuse (nucléaire, électrique, chimique, biochimique ) en énergie lumineuse. Le soleil est un bon exemple de transformation d énergie chimique en énergie lumineuse. C est lui et les autres étoiles qui éclairent les planètes et les satellites. La lumière du soleil se qualifie de naturelle parce qu elle n est pas causée par une action humaine et de lumière par incandescence parce qu elle dégage de la chaleur. 6

7 La lumière qui provient d une ampoule à incandescence est artificielle parce qu elle provient d un objet fabriqué par l homme, mais comme le soleil, elle produit de la chaleur. Certains animaux comme les lucioles ou les vers luisants sont capables de transformer de l énergie biochimique en énergie lumineuse naturelle. Cette lumière ne dégage pas de chaleur, alors on dit qu il s agit de lumière par luminescence. Source secondaire Une grande partie des éléments qui t entourent par exemple les arbres ou les murs, sont des sources de lumière secondaire, c est-à-dire qu ils reflètent la lumière qui les frappe (soit entièrement ou en partie). Ces objets ou êtres vivants ne créent pas de lumière et c est pour cela que tu ne peux pas les voir dans le noir; ils ont besoin qu une source primaire de lumière les illumine. C est lorsque les reflets parviennent à ton œil que tu vois la source secondaire de lumière qui les a envoyés. Ce que j ai appris sur les sources de lumière Après tout ce que tu as vu sur les sources primaires et secondaires de lumière Vrai ou faux? Justifie brièvement ta réponse! A) Tous les objets émettent de la lumière B) La lumière du soleil ressemble beaucoup à la lumière d un feu C) Si on voit une source de lumière secondaire, c est qu il y a une source primaire à proximité 7

8 Détermine si ces objets sont des sources de lumière primaire ou secondaire? D- Champignon E- Lune F- Miroir G- Ballon de soccer H- Nuage I- Feux d artifice J- Écran (ouvert) K- Éruption volcanique L- Comète Module 2 : Réflexion et réfraction Ce que je sais sur la réflexion et la réfraction Vrai ou faux? Justifie brièvement ta réponse! A) Avec deux miroirs, je peux voir le derrière de ma tête 8

9 B) Lorsque l on voit des nuages dans des flaques d eau, c est à cause de la réflexion de la lumière C) Il n y a que les miroirs qui peuvent refléter la lumière. D) Les meilleures surfaces pour refléter la lumière sont les miroirs. E) Lorsqu un objet est submergé, il a souvent l air déformé ou plus gros. F) La réfraction de la lumière, c est quand la lumière recule devant un objet. Expérimentation Construis un périscope! Les sous-marins utilisent un instrument qui s appelle le périscope pour voir ce qui se passe à la surface de l eau. Pour bien comprendre comment cela fonctionne, tu peux en fabriquer un! Voici ce qu il te faut : 2 pintes de lait vides et lavées, 2 miroirs, papier collant, ciseaux Voici comment faire : 1- Découpe le dessus d une des pintes de lait et le dessous de l autre. 2- Découpe un des côtés de chaque pinte 9

10 3- Imbrique-les ensemble comme sur l image de droite. 4- Fais un trou dans le coin inférieur gauche et un autre dans le coin supérieur droit 5- À l aide du papier collant, installe les deux miroirs dans un angle de Maintenant que ton périscope est complété, amuses-toi à regarder dedans et note tes observations! Observe la réfraction de la lumière! Voici une méthode bien simple d observer un phénomène lumineux! Tu auras besoin de : boîte de soulier, peinture noire, ciseaux, verre d eau et lampe de poche. Voici comment faire : 1- Prends une boîte de soulier et peins l intérieur en noir 2- Sur un des côtés de la largeur de la boîte, perce deux fentes de 5 cm de long à environ 2 cm de distance 3- Couvre le fond de la boîte d un papier blanc 10

11 4- Place un petit verre de vitre rempli d eau dans la boîte comme sur l illustration. 5- À la noirceur, éclaire le verre à travers les fentes à l aide d une lampe de poche et observe la trajectoire de la lumière et note tes observations. Réflexion Cueillette de donnée Lorsque l on regarde dans un périscope, on peut voir les objets qui sont au-dessus de nous. La lumière rebondit sur les miroirs pour aller jusqu à l œil. Réfraction Les faisceaux de lumière de la lampe de poche sont parallèles jusqu à ce qu ils arrivent dans le verre d eau. Lorsque les rayons sortent du verre d eau, ils se croisent parce que le verre et l eau font dévier la lumière. Réflexion Notions scientifiques Nous pouvons voir les objets grâce à la réflexion de la lumière, sans réflexion, pas d image! La lumière se déplace en ligne droite quand rien ne se trouve sur sa route, mais dès qu elle rencontre un obstacle, elle rebondit. Si la surface est lisse, tous les rayons rebondissent dans la même direction, mais si la lumière croise un objet inégal, elle rebondit dans tous les sens. Les miroirs sont les meilleurs objets pour réfléchir la lumière, ils reflètent presque toutes les ondes et n en absorbe pas. Les miroirs courbés peuvent déformer l image comme ceux dans les parcs d amusement. Les couleurs foncées ont tendance à aspirer les rayons lumineux et à en refléter moins. 11

12 Réfraction La lumière suit habituellement une trajectoire linéaire, comme tu as vu avec la réflexion. Cependant, lorsqu elle traverse des substances transparentes ou translucides comme l air, l eau ou le verre de façon non perpendiculaire, elle est ralentie et change momentanément de direction. Un fois sortie de la substance translucide, la lumière reprend son angle initial (voir image). On appelle cela la réfraction. L angle avec lequel la lumière traverse la substance lumineuse fait varier la trajectoire des rayons. Dans l expérience que tu as faite, les rayons traversaient non pas une, mais bien trois substances : du verre, de l eau et encore du verre. Les rayons changeaient donc de direction, revenaient à l initial pour changer à nouveau, c est pourquoi ils se croisaient à la fin. L endroit où les rayons se croisent se nomme le foyer. Parfois, le ralentissement de la lumière dans le prisme ou l eau force les différentes ondes de couleurs à se diviser. Ce que j ai appris sur la réflexion et la réfraction Vrai ou faux? Justifie ta réponse! A) La lumière se réfracte lorsqu elle traverse une substance transparente avec un angle de 90. B) Les rayons qui ne sont pas reflétés ou réfractés sont absorbés. 12

13 C) Sans la réflexion de la lumière, nous ne verrions rien! D) La surface d un objet à une influence sur la manière dont la lumière est reflétée. E) La réfraction change la trajectoire des rayons lumineux. Module 3 : Les couleurs et la diffraction de la lumière blanche Ce que je sais sur les couleurs et la diffraction Vrai ou Faux? Justifie brièvement ta réponse. A) Je peux toucher un arc-en-ciel. B) Le soleil envoie des rayons des différentes les couleurs de l arc-en-ciel. C) La lumière blanche est sans couleur. D) Les couleurs de l arc-en-ciel sont toujours dans le même ordre. E) On peut voir des arcs-en-ciel dans des flaques d huile. 13

14 Expérimentation Crée un arc-en-ciel sans pluie! Les arcs-en-ciel sont généralement visibles lorsqu il y a de la pluie et du soleil en même temps, mais tu peux en créer un toi-même en faisant cette petite expérience! Pour cela, il te faut : un plat rectangulaire rempli d eau, une feuille de carton blanche, une lampe de poche et un miroir de poche. Voici comment faire : 1- Installe le miroir en diagonale au bout du plat rectangulaire, une partie du miroir doit être dans l eau et une partie doit dépasser. 2- Allume ta lampe de poche et éclaire la partie submergée du miroir. 3- Tiens la feuille de carton de façon à ce que la lumière réfléchie par le miroir soit sur la feuille, tu devrais y voir un arc-en-ciel! 4- Prends des notes sur tes observations Cueillette de donnée La lumière de la lampe de poche (soleil) combinée avec l eau (pluie) du plat rectangulaire décompose la lumière pour former un arc-en-ciel et le miroir le projette sur la feuille blanche. Notions scientifiques La lumière blanche est composée des sept couleurs de l arc-en-ciel : rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet. Lorsque la lumière blanche passe au travers d un prisme de verre ou d une goutte d eau, elle se divise et nous pouvons voir les couleurs. C est la réfraction de la lumière qui cause la diffraction de cette 14

15 dernière. C est ce qui se passe quand il pleut ou qu il y a de l eau en suspension dans l air et qu il fait soleil en même temps, on voit un arc-en-ciel! Si l on place un deuxième prisme, il est possible de recomposer la lumière blanche. Les différentes couleurs ont chacune une longueur d onde qui lui est propre et qui ne réagit par de la même manière avec toutes les substances. Comme tu l as vu plus tôt, les objets reflètent, réfractent et absorbent de la lumière. Une feuille blanche par exemple reflète toutes les couleurs alors qu une feuille noire absorbe toutes les couleurs et c est pourquoi nous la voyons noire. En lumière, il y a trois couleurs primaires : le vert, le bleu et le rouge. Ces couleurs s additionnent pour en former d autres comme tu le vois dans cette image. L addition des couleurs en lumière ne donne pas le même résultat qu en art, par exemple, le rouge et le vert créent la lumière jaune. Si on prend un disque de papier avec les sept couleurs de l arc-en-ciel et qu on le fait tourner très vite, le disque semblera blanc, c est le contraire de la diffraction. Ce que j ai appris sur les couleurs et la diffraction Vrai ou faux? Justifie brièvement ta réponse! A) Comme avec la peinture, lorsqu on additionne de la lumière verte avec de la lumière rouge, on obtient de la lumière brune B) Pour que la lumière se diffracte, elle doit traverser un prisme ou de l eau. C) Les objets noirs absorbent toutes les couleurs et c est pour cela que nous les voyons noirs. 15

16 D) Il existe de la lumière noire. E) On peut voir des arcs-en-ciel la nuit. On appelle cela des arcs-en-ciel de Lune. 16

17 Réponses aux questionnaires Module 1 Ce que je sais sur les sources de lumière! A- Secondaire B- Secondaire C- Secondaire D- Secondaire E- Secondaire F- Primaire G- Secondaire H- Primaire I- Secondaire Ce que j ai appris sur les sources de lumière! A- FAUX, il n y a que quelques objets (source primaire) qui émettent de la lumière, la plupart ne font que la réfléchir. Il doit y avoir transformation d énergie pour qu il y ait une création de lumière. B- VRAI, la lumière du soleil et celle du feu sont produites par une transformation chimique naturelle qui produit de la chaleur. C- VRAI, les sources de lumière secondaire réfléchissent la lumière, s il n y a pas de lumière, elles n en réfléchissent pas et on ne les voit pas. D- Secondaire E- Secondaire F- Secondaire G- Secondaire H- Secondaire I- Primaire J- Primaire K- Primaire L- Secondaire Module 2 Ce que je sais sur la réflexion et la réfraction A) VRAI. Il suffit de mettre un miroir devant ta tête et un derrière. Celui de devant te montrera ce qu il y a dans le miroir de derrière. B) VRAI. La lumière agit comme un miroir et renvoie l image du ciel dans notre œil. C) FAUX. Tous les objets qui ne sont pas noirs reflètent de la lumière en petite ou en grande quantité. D) VRAI. Les miroirs sont idéaux pour refléter la lumière, car ils sont lisses et n en absorbent pas. E) VRAI. L eau ralentit la lumière ce qui a pour effet de déformer ce qui s y trouve. F) FAUX. La réfraction c est quand la lumière ralentie en traversant une substance transparente et qu elle change de trajectoire. 17

18 Ce que j ai appris sur la réflexion et la lumière A) FAUX. La lumière ne se réfracte pas lorsqu elle traverse perpendiculairement une substance transparente, c est à tous les autres angles qu elle se réfracte. B) VRAI. La lumière ne peut qu être absorbée, reflétée ou réfractée. C) VRAI. C est lorsque la lumière est réfléchie jusqu à notre œil que nous voyons ce qu il y a devant nous. D) VRAI. La lumière ne rebondit pas de la même manière selon la surface avec laquelle elle est mise en contact. Une surface plane fait rebondir tous les rayons dans le même sens, mais ce n est pas le cas des surfaces inégales. E) VRAI. La réfraction c est quand la lumière ralentit, change de direction, et tente de poursuivre son chemin en suivant la trajectoire du début. Module 3 Ce que je sais sur les couleurs et la diffraction A) FAUX. Les arcs-en-ciel sont des phénomènes lumineux provoqués par la diffraction et on ne peut pas toucher la lumière. B) FAUX. Le soleil envoie de la lumière blanche qui résulte de l addition de toutes les couleurs mises ensemble. C) FAUX. La lumière blanche résulte de l addition de toutes les couleurs mises ensemble. D) VRAI. Les différentes couleurs ont chacune une longueur d onde différente et elles placent toujours dans le même ordre; de la plus courte à la plus longue. Violet, Indigo, Bleu, Vert, Jaune, Orange, Rouge. E) VRAI. L huile agit parfois comme un prisme de verre qui arrive à diffracter la lumière lorsqu elle est mélangé avec de l eau et qu elle est éclairée par de la lumière. Ce que j ai appris sur les couleurs et la diffraction A) FAUX. La lumière verte et la lumière rouge s additionnent pour former du jaune. Les additions de lumière ne donnent pas les mêmes résultats qu en art. B) VRAI. Pour qu il y ait diffraction, il doit y avoir réfraction et la réfraction se produit quand la lumière est ralentie par une substance transparente comme de verre ou de l eau. C) VRAI. Le noir est le résultat d une absence de couleurs lorsque toutes les couleurs sont absorbées. 18

19 D) FAUX. Le noir, c est l absence de lumière, il n y a pas de lumière noire. E) VRAI. Lorsque la nuit est très claire et que la Lune reflète beaucoup de lumière, il peut arriver que l on voie des arcs-en-ciel la nuit, mais c est très rare. Conclusion La lumière est partout autour de nous et il est important de se poser des questions à son sujet. En passant à travers tout ce document, tu en as appris beaucoup sur la lumière. Tu sais maintenant différencier les sources de lumière primaires de celles qui sont secondaires. Tu es également en mesure de mieux comprendre des phénomènes lumineux comme la réflexion, la réfraction et la diffraction. Il reste encore beaucoup de notions à découvrir sur la lumière, mais c est à toi de faire plus de recherche et d expérience si tu souhaites approfondir tes connaissances. 19

20 Bibliographie Monographies RODRIGUEZ, Alicia Son et lumière. Coll. «Petits ingénieurs». Barcelone : Éditions Gründ. 48 pages. NESSMAN, Philippe La lumière. Coll. «Kézako?». France : Mango jeunesse. 23 pages. CHESHIRE, Gerard Lumière et couleurs. Coll. «Les essentiels de la science physique». Montréal : HMH. 48 pages. PARKER, Steve Lumière. Coll. «Science» Saint-Constant : Broquet. 32 pages. Sites Internet _Id=14 _Id= el 20