Chapitre 1 : Les lumières colorées I) De quoi la lumière blanche est-elle elle constituée? La lumière qui éclaire la fente est de couleur blanche, de même que la lumière qui pénètre dans le prisme. La lumière qui sort du prisme est composée de plusieurs faisceaux de lumière de couleurs différentes (violet, bleu, vert, jaune orangé, rouge) Interprétation : Le prisme décompose la lumière blanche en un spectre continu de lumières colorées. La lumière blanche est donc constituée d un ensemble de lumières colorées. Un prisme ou un réseau* permet de décomposer cette lumière blanche. La succession de lumières colorées observées sur l écran constitue le spectre de la lumière blanche. Ce spectre est continu car on passe d une lumière colorée à une autre sans interruption.
*Un réseau est une surface transparente sur laquelle sont tracés un très grand nombre de traits fins parallèles et équidistants (la distance entre chaque trait est identique) Remarque : Un exemple courant de la décomposition de la lumière blanche est l arc en ciel. Les petites gouttes d eau en suspension dans l air jouent le rôle de prisme et décomposent la lumière blanche émise par le soleil. Une petite animation flash pour comprendre : http://physiquecollege.free.fr/_private/quatrieme/optique/couleur_objets.htm II) Comment obtenir une lumière colorée? 1) A l aide de filtres : Dans l obscurité, on éclaire un écran blanc avec une lumière blanche. Ensuite on interpose un filtre rouge entre l écran et la source de lumière blanche (voir ci contre). On place ensuite un réseau précédé d une fente juste après le filtre rouge. Lorsque l on éclaire l écran blanc avec de la lumière blanche il nous apparaît blanc. Lorsque l on introduit le filtre rouge après la source, l écran nous apparaît alors rouge. Si on rajoute le réseau pour décomposer la lumière issue du filtre, on observe un spectre discontinu constitué uniquement de «raie» rouges. (voir ci-dessous)
Interprétation : La lumière blanche qui traverse le filtre coloré prend la couleur de ce filtre. Le filtre a absorbé les autres lumières colorées qui forment la lumière blanche. Un filtre coloré permet d obtenir une lumière colorée à partir de la lumière blanche. En effet, un filtre laisse passer certaines lumières colorées et absorbe les autres. 2) A l aide d écrans colorés : Un écran bleu et une sphère blanche située dans son voisinage sont placés dans l obscurité. On éclaire alors l écran bleu avec une lampe émettant de la lumière blanche en faisant en sorte que la sphère ne reçoive pas de lumière blanche. La sphère ne recevant alors que la lumière diffusée par l écran bleu. La sphère ne reçoit que de la lumière bleue et apparaît alors bleue. Interprétation : La lumière diffusée par l écran est donc bleue. L écran bleu a seulement réémis la lumière bleue et a absorbé les autres lumières colorées contenues dans la lumière blanche. Pour l absorption des lumières, un écran coloré se comporte donc comme un filtre et il permet par diffusion d obtenir une lumière colorée à partir d une lumière blanche. III) Que se passe t-il t si on superpose des lumières colorées? Plaçons respectivement trois filtres : bleu, vert et rouge, devant trois sources de lumières blanches et projetons les trois faisceaux de lumières colorées obtenues sur un écran blanc.
Une petite animation flash pour bien comprendre : http://physiquecollege.free.fr/_private/quatrieme/optique/synthese_additive.htm La superposition de deux lumières colorées donne de nouvelles lumières colorées, tandis que la superposition des trois faisceaux donne de la lumière blanche. Résultats : Les lumières rouge, verte et bleue, sont appelées lumières primaires car chacune d elle ne peut être obtenue à partir des deux autres. Les lumières colorées (cyan, jaune et magenta) obtenues par la superposition de deux lumières primaires sont appelées lumières secondaires. La superposition des trois lumières colorées primaires (rouge, verte et bleue) donne de la lumière blanche. On dit qu on a réalisé la synthèse additive de la lumière blanche en superposant ces trois lumières colorées primaires. Remarques : Il existe d autres jeux de lumières colorées primaires dont les superpositions donnent toutes les couleurs visibles mais le choix des lumières rouge, verte et bleue (RVB) est le résultat de nombreuses études qui ont montré que seule leur combinaison permet d obtenir un blanc très pur. Ce choix est aussi justifié par le fait que dans l œil humain, les récepteurs sensibles aux couleurs sont justement de trois types réagissant respectivement au rouge, au vert et au bleu. Ce choix est mis en œuvre dans les téléviseurs couleurs, à partir des luminophores rouges, vert et bleus (voir ci contre)! de même les cartouches d imprimantes couleurs contiennent ces trois couleurs. En superposant deux des trois lumières colorées rouge, vert ou bleu, on obtient une nouvelle lumière colorée. En superposant les trois lumières colorées rouge, vert et bleu, on obtient de la lumière blanche. Quelques annimations flash interessantes :
http://physiquecollege.free.fr/_private/quatrieme/optique/exercice_couleur.htm http://physiquecollege.free.fr/_private/quatrieme/optique/couleurs_primaires.htm IV) Qu est-ce qui explique la couleur des objets? 1) La tomate rouge : Eclairons une tomate rouge en lumière blanche, puis successivement en lumières rouge, verte et bleue. Eclairée en lumière blanche, la tomate nous apparaît rouge. Eclairée en lumière rouge, la tomate nous apparaît rouge. Eclairée en lumière verte ou bleue, la tomate nous apparaît noire. La couleur de la tomate dépend donc de la lumière qui l éclaire. Interprétation : La tomate nous apparaît rouge en lumière blanche car elle ne diffuse que la lumière rouge qui est une lumière primaire, et absorbe toutes les autres lumières comme le fait un écran rouge. C est ainsi qu elle apparaît rouge, éclairée en lumière rouge, et qu elle apparaît noire éclairée en lumières verte ou bleue puisqu elle absorbe ces lumières colorées. 2) La banane jaune : Eclairons en lumière blanche une banane jaune, puis successivement en lumières rouge, verte et bleue. Observations et interprétations:
Eclairée en lumière blanche, la banane apparaît jaune car elle diffuse la lumière jaune qui peut s obtenir à partir des lumières rouge et verte. Ainsi éclairée en lumière rouge elle nous apparaît rouge, puisque le rouge entre dans la composition de la lumière jaune. Eclairée en lumière verte, elle nous apparaît verte pour la même raison. Eclairée en lumière bleue elle nous apparaît noire car la lumière bleue n entre pas dans la composition de la lumière jaune. Un objet coloré diffuse une lumière colorée correspondant à sa propre couleur. Il absorbe toutes celles qui n entrent pas dans la composition de la lumière colorée qu il diffuse. La couleur sous laquelle il nous apparaît dépend de la composition de la lumière qui l éclaire.