1L : Représentation visuelle du monde Activité.4 : Lumières colorées I. Décomposition de la lumière blanche Newton (dès 1766) a décomposé la lumière solaire avec un prisme. 1. Expériences au bureau : 1 Lampe à incandescence Fente Lumière blanche Fente Laser rouge Prisme 2 Prisme Expérience.1 : Le soleil, une lampe à incandescence émettent de la lumière blanche qui peut être décomposée par un prisme. On obtient sur l écran le spectre de la lumière blanche. C est une lumière polychromatique : on observe les couleurs de l arc en ciel (Violet, indigo, bleu, vert, jaune, orange et rouge) : on parle de dispersion de la lumière blanche Voir site pour l image du spectre de la lumière blanche : à coller ci-dessous Spectre de la lumière blanche Remarque : D autres moyens permettent de décomposer la lumière blanche : Un disque compact (CD) : voir image sur le site Un réseau de diffraction : dispositif optique composé d'une série de traits parallèles : voir site Ces traits sont espacés de manière régulière, l'espacement est appelé le «pas» du réseau. Des gouttelettes de pluie en présence du soleil (arc en ciel) : voir site pour l image Des bulles de savon éclairées en lumière blanche : voir site Une flaque d essence sous la lumière du soleil Tous ces éléments sont des milieux dispersifs : ils décomposent la la lumière blanche Expérience.2 : Une lumière monochromatique (exemple : laser rouge) ne peut être décomposée par un prisme : son spectre ne contient qu une seule raie colorée caractérisée par sa longueur d onde (lambda) dont l unité est le mètre (m) : voir site 2. Conclusions : Les milieux qui permettent de décomposer la lumière blanche sont dits : milieux dispersifs. Le phénomène lui-même s appelle : phénomène de dispersion de la lumière blanche. La lumière blanche est une lumière polychromatique. La lumière laser est une lumière monochromatique. 3. Lumières visibles : L œil humain est sensible à la lumière visible dont les longueurs d ondes sont comprises entre = 400 nm pour le violet et = 800 nm pour le rouge. La lumière émise par une lampe à incandescence contient toutes les couleurs dont les longueurs d onde vont de 400 nm à 800 nm. Elle contient aussi des radiations dont la longueur d onde est inférieure à 400 nm (rayonnement ultraviolet) et des radiations dont la longueur d onde est supérieure à 800 nm (infrarouge) mais ces radiations ne sont pas visibles par l oeil humain. Domaine des ultraviolets (UV) Domaine des infrarouges (IR) nm) = 400 nm = 800 nm 1L : Lumières colorées 1/6
4. Application : Quel phénomène naturel réalise la décomposition de la lumière solaire en ses différentes couleurs? Quel est, en ce cas, le milieu dispersif? II. Synthèse additive : Pour le physicien, les trois couleurs primaires sont le rouge, le vert et le bleu. 1. Expérience au bureau : On superpose deux à deux les trois couleurs primaires Filtre rouge Filtre vert Filtre bleu Lampe projecteur de diapositifs 2. Observations : On superpose deux à deux les trois couleurs primaires : Rouge + Bleu donne Rouge + Vert donne Bleu + Vert donne On superpose les trois couleurs primaires : Rouge + Bleu + Vert donne 3. Conclusions : Complète les phrases suivantes : A partir des trois couleurs primaires (Rouge, vert et bleu), on peut obtenir par secondaires (Magenta, jaune et cyan). En additionnant : - Le rouge et le bleu, on obtient - Le rouge et le vert, on obtient - Le bleu et le vert, on obtient - Le rouge, le bleu et le vert, on obtient les couleurs 4. Synthèse additive et informatique : A partir du site, à la rubrique << logiciels >>, télécharger le logiciel << Chroma >> et l installer. Ouvrir le logiciel et choisir l onglet << Synthèse des couleurs >>. Effectuer les différentes synthèses additives vues précédemment. III. Synthèse soustractive 1. Expériences au bureau Expérience.1 : On éclaire séparément l écran en plaçant un filtre jaune, cyan puis magenta devant chaque lampe. Filtre jaune Filtre magenta Filtre cyan Lampe projecteur de diapositifs 1L : Lumières colorées 2/6
Observations : - Filtre jaune : - Filtre cyan : - Filtre magenta : Voir présentation power point Expérience.2 : On superpose deux à deux les trois couleurs secondaires : Jaune + cyan donne Jaune + magenta donne Cyan + magenta donne On superpose les trois couleurs secondaires : Jaune + cyan + magenta donne 2. Conclusions : Complète les phrases suivantes : A partir des trois couleurs secondaires (Jaune, cyan et magenta), on peut obtenir par les couleurs (Rouge, bleu et vert) : Blanc bleu - vert donne : Blanc bleu - rouge donne : Blanc rouge - vert donne : La superposition des trois couleurs secondaires donne. 4. Synthèse soustractive et informatique : A partir du site, à la rubrique << logiciels >>, télécharger le logiciel << Chroma >> et l installer. Ouvrir le logiciel et choisir l onglet << Synthèse des couleurs >>. Effectuer les différentes synthèses soustractives vues précédemment. IV. Interaction entre le rayonnement et la matière. Imaginons un rayon lumineux, appelé rayon incident, émis en direction d un matériau. Lorsque le rayon arrive dans le matériau, plusieurs phénomènes, illustrés sur la figure ci- dessous, peuvent se produire : 1. Réflexion : le rayon lumineux peut être réfléchi, totalement ou partiellement par la surface du matériau. En ce cas, le rayon réfléchi repart symétriquement par rapport à la normale (c est-à-dire par rapport à la droite perpendiculaire à la surface). 2. Réfraction : si le rayon lumineux incident n est pas perpendiculaire à la surface du matériau, on observe généralement un changement de direction lorsqu il pénètre à l intérieur. Ce changement de direction est appelé réfraction. Si le matériau est constitué d un milieu dispersif, le changement de direction dépend de la couleur du rayon incident. On comprend ainsi qu un prisme de verre puisse décomposer la lumière blanche. 3. Diffusion : une partie de la lumière incidente est renvoyée dans toutes les directions. La diffusion peut se produire à la surface du matériau (ce qui explique que les objets qui nous entourent envoient des rayons lumineux dans notre direction quelle que soit la façon dont ils sont éclairés), mais il peut y avoir aussi diffusion à l intérieur du matériau si celui-ci laisse passer les rayons lumineux. 4. Absorption : une partie des rayons lumineux peut être absorbée par le matériau. On explique ainsi la couleur des objets : si un objet, éclairé par la lumière solaire (lumière blanche) absorbe les radiations de couleur bleue, il enverra vers notre œil une lumière qui ne nous paraîtra plus blanche puisque manqueront les radiations bleues. L objet nous paraîtra jaune. On dit que cet objet réalise la synthèse soustractive du jaune puisqu il «fabrique» du jaune en enlevant des couleurs à la lumière blanche. La couleur jaune est dite complémentaire de la couleur bleue. Sur la figure ci-dessous, la lumière ayant traversé le matériau paraîtra donc jaune. Bien entendu, la plupart des objets que nous observons envoient vers notre œil de la lumière diffusée à leur surface et non de la lumière ayant traversé le matériau. Mais l explication reste la même : si la surface du matériau absorbe certaines couleurs, la lumière renvoyée semblera d une couleur correspondant à la teinte complémentaire des radiations absorbées. 1L : Lumières colorées 3/6
Normale Rayon incident Normale Rayon incident Rayon réfléchi Rayon réfracté 1. Réflexion 2. Réfraction Rayon incident Lumière blanche Rayons diffusés Rayons diffusés Absorption du bleu 3. Diffusion Lumière semblant de couleur jaune 4. Absorption IV. La couleur des objets : voir animation 1. Expériences : note à chaque fois tes observations 1. Eclairer un objet blanc avec de la lumière blanche : 2. Eclairer le même objet avec de la lumière rouge : 3. Eclairer un objet noir avec de la lumière blanche : 4. Eclairer l objet noir avec de la lumière rouge : 5. Eclairer un objet de couleur apparente rouge avec de la lumière jaune (vert + rouge) : Comment apparaît cet objet? Comment expliquer la couleur de cet objet? 6. Eclairer maintenant le même objet en lumière bleue : Comment apparaît cet objet? Comment expliquer la couleur de cet objet? 1L : Lumières colorées 4/6
2. Conclusions : Complète les phrases suivantes : La couleur d un objet dépend de la lumière qui : Un objet blanc toutes les les lumières colorées qu il reçoit. Un objet noir lumière, il toutes. Le noir correspond à une de couleurs. Un objet coloré ne renvoie que certaines : si ces ne sont pas présentes dans la lumière qui l éclaire, il apparaît. Un objet éclairé en lumière blanche possède une apparente qui correspond aux couleurs qu il. 3. Couleurs des objets et informatique : A partir du site, à la rubrique << logiciels >>, télécharger le logiciel << Chroma >> et l installer. Ouvrir le logiciel et choisir l onglet << Couleurs des objets >>. Choisir les trois drapeaux de la France, l Italie et la Belgique, les éclairer avec les différentes couleurs proposées, et noter vos observations dans le tableau ci-dessous : Lumière blanche Lumière rouge Lumière verte Lumière bleue Non éclairé Lumière magenta Lumière cyan Lumière jaune Drapeau.1 : France Drapeau.2 : Italie Drapeau.3 : Belgique Pour chaque observation, apporter une explication : 4. Couleur complémentaire d un objet : La couleur complémentaire d un objet est la couleur qu il absorbe c est-à-dire celle qu il ne renvoie pas. L objet coloré absorbe les radiations qu il ne renvoie pas : elles forment sa couleur complémentaire. Une couleur est la complémentaire d une autre, si le mélange des deux donne du blanc en synthèse additive : couleur apparente + couleur complémentaire = blanc. Exemples : voir logiciel chroma (couleurs complémentaires) - la couleur complémentaire du rouge est le cyan (vert + bleu) : rouge + cyan = blanc - la couleur complémentaire du bleu est le jaune (vert + rouge) : bleu + jaune = blanc - la couleur complémentaire du vert est le magenta (rouge + bleu) : vert + magenta = blanc 5. Ce qu il faut retenir : La lumière blanche est composée d une infinité de couleurs monochromatiques. Le spectre et l étendue des longueurs d onde de la lumière blanche. La couleur d un objet dépend de la lumière qu il reçoit. Pour étudier la couleur d un objet, il faut connaître la composition de la lumière qui l éclaire. Si cette lumière contient la couleur apparente de l objet, celui-ci est vu de cette couleur, sinon il est vu noir. La couleur d un objet éclairé est complémentaire de celle qu il absorbe. 1L : Lumières colorées 5/6
1L : Lumières colorées Exercices d application Exercice.1 : Dès 1664, Issac Newton (1642-1727) notait dans des carnets ses lectures, ses expériences, et ses idées. C est ainsi que l on sait qu il s interrogea sur le problème de la lumière et des couleurs : << Au début de l année 1666, je me procurai un prisme de verre pour réaliser la célèbre expérience des couleurs. Ayant à cet effet obscurci ma chambre et fait un petit trou dans les volets pour laisser entrer une quantité convenable de soleil, je plaçai mon prisme contre ce trou, pour réfracter les rayons sur le mur opposé. Ce fut d abord très complaisant de contempler les couleurs vives et intenses ainsi produites. >> Newton isole ensuite la partie bleue du spectre et s en sert pour éclairer un petit objet coloré. a) Que forment les << couleurs vives et intenses ainsi produites. >>? b) Quel phénomène a découvert Issac Newton? c) Quel est le domaine de longueurs d onde de la lumière visible? d) Newton éclaire un objet blanc et jaune avec de la lumière bleue, qu observe-t-il? Exercice. 2 : Si on observe l écran éclairée allumée d un téléviseur couleur avec une loupe, on observe des pixels lumineux de couleurs rouge, vert et bleu. Selon la luminosité de chaque pixel, on peut obtenir toutes les gammes de couleurs. C est la trichromie, qui repose sur la synthèse additive des trois couleurs primaires (rouge, vert et bleu : RVB). a) Expliquer comment à l écran, on peut observer un objet blanc, noir? b) Comment peut-on observer un objet vert? un objet rose? Exercice. 3 : On éclaire des filtres colorés avec une source de lumière blanche. On illustre ainsi le principe de la synthèse soustractive de l impression couleur basée sur la synthèse soustractive des couleurs. Dans ce cas, des pigments jouent le rôle de filtre. a) Quelles sont les couleurs primaires transmises par un filtre cyan? magenta? jaune? b) On superpose un filtre jaune et un filtre cyan que l on place devant une source de lumière blanche. Quelle est la lumière transmise par l ensemble des deux filtres? c) Pour obtenir une lumière colorée rouge, lesquels des filtres jaune, magenta, cyan faut-il superposer? d) Que voit-on si on regarde une source de lumière blanche à travers les trois filtres jaune, magenta, cyan superposés? Exercice. 4 : On éclaire le drapeau belge en lumière blanche, on voit trois bandes : noir, jaune, rouge (de gauche à droite) : On éclaire ensuite ce drapeau avec plusieurs lumières colorées. a) On éclaire ce drapeau en lumière rouge, de quelle couleur voit-on chaque bande? b) Même question si on l éclaire en lumière verte puis en magenta? c) Avec une lumière donnée, on ne voit que des bandes noires. Quelle est cette lumière colorée? d) On voit des bandes noire, jaune, rouge. Le drapeau est-il forcément éclairé en lumière blanche? 1L : Lumières colorées 6/6