FICHE 1 : Décomposition de la lumière blanche

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1 FICHE 1 : Décomposition de la lumière blanche Matériel : 1 projecteur diapo et son écran A (autour de la sortie de la lumière) 1 autre écran B 1 CD ou DVD Des réseaux (8 traits par mm, 140 par mm et 530 par mm)(4 exemplaires de chaque) 1 diapo avec une fente Un prisme plein 1 prisme creux et de l eau Une lampe de poche Une loupe ou microscope de poche Une photo d arc en ciel Objectif : démontrer que la lumière blanche (celle du soleil ou de nos lampes) est un mélange de lumières colorées. Déroulement : attention aux lumières parasites, nécessité du noir complet Affirmer que la lumière blanche est un mélange de toutes les couleurs Demander aux enfants s ils ont déjà vu ces couleurs et où? Arc en ciel, Quand se forme t-il? Comment se forme t-il? Où est-on placé par rapport au soleil? CD Éclairer un Cd avec la lampe du projecteur, la lumière est colorée sur le CD. Le CD réfléchit la lumière colorée inversée sur l écran A vers le projecteur. Pourquoi? La décomposition de la lumière blanche par un CD est due à la présence de très fines stries à la surface du disque (Si on pouvait dérouler la piste d un CD, elle ferait environ 8 km!) C est l effet réseau. Effet réseau Utilisation du réseau 8 traits, montrer les traits avec la loupe ou le microscope en regardant la lampe de poche allumée et posée à quelques mètres, on voit une série d images colorées de la lampe (spectre continu) car la lumière de la lampe, ainsi que celle du soleil, contient toutes les couleurs Prendre le réseau 140 traits puis 530 traits, et refaire les mêmes manipulations. Cette série d images tourne avec le réseau, ce qui prouve que ces images multiples sont bien créées par le réseau. Glisser la diapo-fente dans le projecteur et exposer le réseau 140 traits à la lumière, les images colorées sont déplacées vers la droite et vers la gauche. Le prisme (laisser la diapo-fente dans le projecteur) On expose un prisme plein devant le projecteur, la lumière est déviée et décomposée. Même manipulation avec le prisme creux, la lumière reste blanche et traverse tout droit. Pourquoi? que contient ce prisme? De l air. On le remplit d eau et la lumière est décomposée et déviée d où l importance de la matière contenue dans le prisme.

2 Matériel : FICHE 2 : Recomposition de la lumière blanche Synthèse additive 1 projecteur diapositive sur table posé sur une grande feuille blanche (A2 ou A3) 1 rallonge 1 mur blanc 1 diapositive formée de 3 rectangles verticaux (rouge, vert, bleu) accolés 3 miroirs orientables sur support Une loupe ou microscope de poche Une photo d arc en ciel Objectif : être capable de valider l'affirmation, après expérimentation (fabriquer de la lumière blanche) «la lumière blanche (celle du soleil et des lampes) est un mélange de lumières colorées» être capable de mémoriser les mots cyan et magenta, leur graphie en les réutilisant à bon escient nommer des appareils, des objets, des images (projecteur, diapositive, miroir, loupe ou microscope, pixel) être attentif au danger de l'électricité Déroulement : 1) Pièce éclairée : faire nommer les couleurs de vêtements portés par les élèves puis pièce plongée dans le noir : De quelle couleur est mon..?.???? de la lumière naturelle comme celle du soleil ou une lumière artificielle comme celle produite par les ampoules Que faut-il pour voir les couleurs? 2) Mettre en marche le projecteur, (faire) expliciter rapidement son fonctionnement, sa fragilité Observer la production de lumière blanche sur le papier verbaliser 3) Montrer individuellement la diapositive en demandant de décrire ce que l'on y voit verbaliser 4) La placer dans le projecteur Observer les 3 couleurs projetées sur le papier verbaliser 5) Placer les miroirs devant le projecteur de façon que chacun ne reçoive qu'une seule lumière colorée verbaliser 6) Et si on mélangeait, sur le mur, les lumières colorées? Comment faire? Conduire la réflexion : bouger les miroirs 7) Demander à un élève de mélanger sur le mur les lumières verte et rouge Observer l'apparition du jaune ; verbaliser, épeler le mot 8) Interaction entre élèves avec manipulation à la demande pour les autres mélanges de lumières colorées rouge et bleue Observer l'apparition du magenta ; verbaliser, épeler le mot bleue et verte Observer l'apparition du cyan ; verbaliser, épeler le mot 9) Qu'est-ce qui manque? La superposition (le mélange) des 3 lumières colorées 10) Demander à un élève de réaliser la superposition Observer l'apparition du «blanc» ; verbaliser, épeler le mot Conclusion à retenir : la lumière blanche que nos yeux voient, est composée de 3 lumières colorées bleue, rouge et verte. 11) Les élèves, tour à tour, place une main dans la zone de superposition des 3 faisceaux lumineux Des ombres colorées apparaissent ; verbaliser les couleurs avec précision 12) Rallumer la lumière

3 ce sont ces 3 couleurs qui sont utilisées pour produire les images que l'on voit sur les écrans de télévision, d'ordinateur ou de téléphone portable, elles ont plus ou moins allumées et mélangées selon la couleur que l'on veut montrer. Si présence d'un ordinateur ou d'un téléphone portable, faire observer à la loupe le détail des pixels. 13) Quand le soleil nous permet-il de voir, dans le ciel, que sa lumière blanche est composée de plusieurs lumières colorées? Montrer une photo d'arc en ciel ; faire expliciter la position du soleil et de la pluie (gouttes) par rapport à soi.

4 Fiche n 3 : Lumière et couleurs : synthèse soustractive Objectif : Faire comprendre que sans lumière, nos yeux sont aveugles, ils sont incapables de voir les formes, les couleurs Questionnement : Que voient nos yeux dans le noir complet? Rien. C est vrai aussi pour les chats... Avec la lumière blanche, qu est ce qui se passe? La lumière blanche, qu elle soit naturelle ou artificielle, combine des rayons de différentes couleurs, chacune correspondant à une longueur d onde spécifique. La matière, les objets, tout ce qui nous entoure, deviennent visibles car une partie des rayons lumineux qu ils reçoivent nous est renvoyée (objets opaques) ou transmise (objets transparents ou translucides). Un miroir renvoie la totalité des rayons. Toutes les couleurs qui composent la lumière blanche ne sont pas renvoyées de la même manière. Certaines couleurs sont absentes car elles ont été «absorbées» par les matériaux. Pourquoi les feuilles des arbres sont-elles le plus souvent vertes le jour? Qu est ce qui se passe? Les pigments de la chlorophylle absorbent surtout le rouge et le bleu. Ils absorbent mal le vert, cette couleur est réfléchie et parvient à notre système visuel. Ce sont les chloroplastes de surface qui réfléchissent une partie de la lumière verte. L énergie des rayonnements bleus, rouges est capturée par les feuilles pour réaliser la «photosynthèse». (la feuille se protège du puissant rayonnement de la lumière verte qui l aurait endommagé si une grande partie n avait pas été réfléchie (environ 50%). Un autre exemple : Une carrosserie noire de voiture absorbe tous les rayonnements de la lumière blanche, l énergie des rayonnements est capturée par la carcasse métallique qui voit sa température augmentée. (Noir = absence de couleur) Une carrosserie blanche renvoie un maximum de rayons tout en absorbant une partie. La température de la carcasse s échauffe moins. Pourquoi les habitants du désert portent des vêtements teints en blanc? Avec un miroir que se passe-t-il? Tous les rayonnements sont réfléchis. Ce phénomène de réflexion est utilisé pour faire fonctionner le four solaire expérimental d ODELIO dans les Pyrénées Citons le vieux adage à propos de la conservation de la masse de la matière : «Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme». La transformation de l énergie est une loi fondamentale de la physique et de la chimie. Sans énergie, rien ne peut se passer : pas de mouvement, pas de son, pas de lumière, pas de vie. Etapes de manipulations et d observations de mélange des couleurs primaires matières avec un éclairement en lumière blanche. (Lumière du soleil) 1/ Présentation des 3 couleurs primaires matières sur bande papier : CYAN, MAGENTA, JAUNE. (CMJ) 2/ Présentation des 3 couleurs déposées sur filtre transparent. 3/ Superposition des filtres sur la bande papier : formaliser les observations. 4/ Superposition de 2 filtres : CYAN + MAGENTA =? CYAN + JAUNE =? MAGENTA + JAUNE =? Commentaires des enfants. 5/ Superposition partielle des bandes filtres avec les 3 couleurs : on peut obtenir toutes les cou-

5 leurs possibles. La superposition totale des 3 couleurs fait apparaître un marron «sale» et non du noir qui aurait dû normalement apparaître. (Donner l explication avec les impuretés). 6/ Avec les 3 couleurs par superposition des filtres colorés, reconstitution d images (paysage, fleur, tortue). On crée de belles couleurs mais il y a un manque de netteté. La superposition d un 4 ème filtre avec du noir rend l image parfaite. C est la reconstitution d une image en quadrichromie : (quatre couleurs). En fait, le colorant noir ne fait que renforcer la couleur des mélanges. Connaissez- vous des applications de cette technique? (Toutes les impressions papier de vos livres, des journaux font appel à cette technique d imprimerie). Regarder une impression en quadrichromie à la loupe (grossissement 5 au minimum) ou au microscope de poche (grossissement 20 à 30), Expliquer les techniques d impression («rotative» pour imprimer un journal, vitesse de défilement du papier...) 7/ En peinture, avec les 3 couleurs matières primaires, il est presque possible de créer toutes les autres couleurs. (Remarque : Un papier blanc réfléchit toutes les couleurs d un éclairage blanc. Par contre si l éclairage est coloré, le papier réfléchira la couleur de la source lumineuse). Cas particulier pour le blanc et le noir qui ne peuvent pas être crées par nos mélanges à cause d impureté dans le «support» couleur mais qui sont néanmoins indispensables pour créer soit des teintes dégradées au blanc ou assombrir une couleur (teintes rabattues au noir). Ces teintes nous sont proposées en l état par l industrie des peintures. (faire référence au nuancier en peinture). 8/ La teinture de nos vêtements offre une variété de coloration presque infinie. Ce procédé de coloration fait intervenir le même phénomène d absorption de certaines couleurs de la lumière blanche et de «réflexion» de certaines autres. Avec les enfants utiliser un éclairage de lumière blanche, puis de lumière bleu, puis de lumière rouge. (Observations, commentaires). L éclairage des scènes de théâtre utilise beaucoup ce passage d un éclairage blanc à un éclairage coloré pour modifier la couleur «réfléchie» des vêtements ou des décors. Les scientifiques utilisent l expression de «synthèse soustractive» pour qualifier ce phénomène de soustraction de certaines couleurs par la matière (colorants des encres, peintures, etc,) pour en renvoyer ou en laisser passer d autres captées par nos yeux. On emploie aussi le terme de couleurs «matières» par opposition aux couleurs «lumière».

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7 Fiche n 4 : Fabriquer des toupies «additives» Matériel : CD ou DVD de récupération, piques à brochettes en bois, tube mousse pour isolation de conduites d eau, colle plastique, crayons feutres, photocopies des pages 30 et 31. Préparation : Découpez dans le tube mousse des anneaux d environ 15 mm d épaisseur, puis coupez les en suivant un diamètre à faire par un adulte). Déroulement : 1- Chaque enfant choisi un disque vierge parmi les 6 proposés sur les pages 30 et 31, le découpe et le colorie en suivant le modèle. 2 - Il colle ensuite son disque colorié sur un CD ou un DVD de récupération en le centrant soigneusement. 3 - Il demande à un adulte d évider le trou central au cutter ou le fait lui-même avec des petits ciseaux 4 - Avec l aide d un adulte, il place dans le trou du CD un morceau de mousse, puis enfonce au milieu un morceau de pique à brochette (2 à 3 cm en dessous, 5 à 8 au dessus) 5 - Il fixe le morceau de pique à brochette avec de la colle, puis laisse bien sécher la colle. Lorsque la colle est sèche, la toupie est utilisable. Pour que les élèves puissent essayer leur toupie entre la phase 3 et la phase 4, on peut demander à un papa bricoleur de confectionner un «tourne disque» avec un ventilateur récupéré sur un vieil ordinateur, alimenté par un petit bloc 12 Volts récupéré lui aussi et surmonté d un réceptacle à CD (la base d une boite ayant contenu des CD vierges fait l affaire).