La lumi

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Les couleurs et les phénomènes lumineux

• La propagation des ondes dans la matière
  réflexion, réfraction, diffusion, diffraction,
  polarisation, interférence
• Les couleurs
• Des phénomènes lumineux
• le mirage, larc-en-ciel, le bleu du ciel
• le soleil rouge au coucher

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La propagation de la lumière

• réflexion
• réfraction
• diffusion
• polarisation
• interférence

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Réflexion et réfraction
n1 sin?1 n2 sin ?2
Cas où n2? n1
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Réflexion et réfraction
?1
n1
?2
n1 sin?1 n2 sin ?2
Cas où n2lt n1
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La réfraction une paille dans un verre
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Réflexion totale
Rayon incident
Rayon réfléchi
?M
n1
Pas de rayon réfracté
n2
Pour des valeurs de ?1 ? ?M, Sin ?M n2/n1
c.a.d. ?2 p/2 Il ny a pas de rayon réfracté,
toute la lumière incidente est réfléchie
n1 sin?1 n2 sin ?2
Cas où n2lt n1
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La diffusion
Lécran de cinéma diffuse la lumière
La neige diffuse et réfléchit la lumière
Le miroir réfléchit la lumière
Et le bleu du ciel

• absorption du rayonnement solaire (blanc somme
  de toutes les couleurs)

• réémission dans toute les directions, plus vers
  lavant que dans les autres directions
• D 1/?4 le bleu est 16 fois plus diffusé que
  le rouge.. Cest lorigine du bleu azur du ciel

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La polarisation
À chaque photon est associé un plan donde.. À un
rayonnement lumineux est associé un grand nombre
de photons, un grand nombre de plans donde..
Toutes les orientations sont permises. La
lumière naturelle contient tous les plans donde
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La polarisation
Une réflexion polarise la lumière incidente par
le fait quelle renforce la composante du plan
donde parallèle à la surface réfléchissante aux
dépends des autres
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La polarisation
Deux surfaces réfléchissantes perpendiculaires
vont ainsi réduire (jusquà couper) lintensité
du rayonnement
Les verres polarisés éliminent les rayons
réfléchis par les obstacles et la chaussée
brillante et permettent déviter les
éblouissements
Les insectes percoivent la polarisation de la
lumière ce qui leur permet en cas de fuite
déviter de se frapper contre des surfaces (qui
polarisent la lumière), la lumière dun espace
libre nétant pas polarisée
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Le phénomène dinterférence
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Les couleurs

• la télévision par addition des couleurs dites
  fondamentales

• dans notre milieu de vie par absorption
  sélective

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Cercle de teintes illustrant les couleurs
principales
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La perception des couleurs La vue
Loeil un organe de détection de signaux
lumineux transformés en impulsions nerveuses Le
cerveau un organe de traitement intelligent
des impulsions nerveuses (faire du sens)
Une caractéristique particulière de lorgane de
la vue la sensation de jaune est produite par
la couleur jaune comme par labscence de bleu
dans la lumière blanche
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La réponse spectrale de loeil
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jaune bleu blanc
Vert rouge jaune
La télévision
La perception de laddition des couleurs
fondamentales
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Labsorption sélective des couleurs du spectre du
visible
Le filtre bleu absorbe fortement le rouge et le
jaune, moins le vert, laisse passer le bleu
Le filtre jaune absorbe fortement le bleu, moins
le vert et le rouge, laisse passer le jaune
La superposition de ces deux filtres favorise le
vert
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1. Feuille de lierre
2. Citron
3. Tomate
4. Tissu gris

Lœil perçoit la lumière blanche sans bleu jaune
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Les trois filtres juxtaposés coupent la
transmission des couleurs le noir perception de
la non détection de photons lumineux
La soustraction des couleurs
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Le blanc la somme des couleurs
Les ondes électromagnétiques ont la même vitesse
de propagation (célérité) c0 dans le vide. Cela
nest plus vrai dans les milieux de propagation
matériels. Les célérités différentes engendrent
la dispersion des ondes réfractées.
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Le Mirage, un effet optique
Une stratification thermique de lair qui
entraîne une variation de lindice optique
Une succession de réfractions de la lumière
ambiante qui conduit à la condition de réflexion
totale et la production dune image
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Le mirage, un effet optique
Réfractions successives jusquà un angle propre à
la réflexion totale
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Le Mirage sur Terre

• Rappel
• la vitesse de la lumière croît légèrement avec
  la température de lair
• Cela implique que nchaud lt nfroid

Une succession de réfractions qui conduit à la
condition de réflexion totale et la production
dune image inversée
Tn
T3
T2
T1
T0
Tn température de lair
Tn lt T3lt T2 ltT1ltT0 température des couches
dair qui diminue avec la distance au sol
T0 température de lair au contact du sol
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Le Mirage en Mer

• Rappel
• la vitesse de la lumière croît légèrement avec
  la température de lair
• Cela implique que nchaud lt nfroid
• lévaporation produit du froid (chaleur latente)

Une succession de réfractions qui conduit à la
condition de réflexion totale et la production
dune image droite
Tn
évaporation
T3
T2
T1
T0
Tn température de lair
T0 ltT1 lt T2 lt T3lt Tn température des couches
dair qui augmente avec la distance de la surface
de la mer
T0 température de lair au contact de la mer
25
Discover, juin 03 p.30
LArc-en-ciel
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LArc-en-ciel réfraction et interférence
Chaque gouttelette deau en suspension dissocie
la lumière blanche en ses composantes par effet
de réfraction (neau ? nair)
Linterférence constructive (même chemin optique)
fait que larc-en-ciel prend la forme dun arc de
cercle centré sur notre œil. Ceci explique le
fait que larc en ciel se déplace avec le
mouvement de lobservateur
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Le phénomène dinterférence et
la couleur des papillons
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Les couleurs effets ?
couleur Caractéristiques appréhendées
blanc Somme de toutes les couleurs, lumière naturelle du Soleil
noir Absence dexcitation des cellules nerveuses (appréhension de lobscurité)
rouge Vigoureux, impulsif, sympathique
orange Sociable, aimable
jaune Idéaliste, phylosophe
vert Compréhensif, confiant, tolérant
bleu Conservateur, sérieux
violet Calmant, frais, couleur digne et profonde
pourpre Triomphant, précieux, mystérieux
rose Romantique, tonique
brun Conservateur, triste
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Les couleurs effets ?
couleur Effets psychologiques Effets physiologiques remarques
noir Employé seul est déprimant Utile pour créer des contrastes
rouge Stimule lagressivité, crée des réactions émotionnelles, sensation de chaleur Stimule les fonctions physiologiques et lactivité mentale Très important en chromothérapie, effet de couleur chaude
orange Porte à la joie, stimule la créativité, donne limprssion de bien-être Stimule lappétit, la digestion et lémotivité À utiliser comme le rouge, à dose modérée pour ne pas fatiguer
jaune Bonne humeur, joie, stimulant intellectuel Sensibilité maximale de lœil,, stimule lémotivité
vert Reposant, calme lesprit Sédatif, soulage les migraines Modère un éclairage solaire trop vif
bleu Calme, tendance vers lintrospection, lidéation, leuphorie Calmant, diminue les rythmes biologiques Effet de couleur froide
violet Agit sur le cœur, les poumons et la circulation sanguine À leffet stimulant du rouge et tonique du bleu
pourpre Calme, porte à la mélancolie Légèrement calmant
rose Stimule légèrement Effet calmant sur les agités
brun Seul, produit une dépression endort À utiliser avec précaution
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Discover, juillet 03, p.63
31
La pollution lumineuse et les astronomes
Discover, juillet 03, p.60
32
Aurore boréale
La Recherche, janv. 2004, p.86
Discover, juin 03 p.18
33
les illusions optiques
Pour la Science, avril-juin 03, p.78 Dossier
hors-série