Les couleurs et les phénomènes lumineux

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1 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, l’arc-en-ciel, le bleu du ciel le soleil rouge au coucher

2 La propagation de la lumière
réflexion réfraction diffusion polarisation interférence

3 Réflexion et réfraction
Rayon incident Rayon réfracté Rayon réfléchi n1 n2 θ1 θ2 n1 sin1 = n2 sin 2 Cas où n2 n1

4 Réflexion et réfraction
Rayon incident Rayon réfracté Rayon réfléchi n2 θ1 n1 θ2 n1 sin1 = n2 sin 2 Cas où n2< n1

5 La réfraction: une paille dans un verre

6 Réflexion totale Rayon incident Rayon réfléchi θM n1
Pas de rayon réfracté n2 Pour des valeurs de θ1  θM, : Sin θM = n2/n1 c.a.d. θ2 = π/2 Il n’y a pas de rayon réfracté, toute la lumière incidente est réfléchie n1 sin1 = n2 sin 2 Cas où n2< n1

7 La diffusion Et le bleu du ciel
L’écran 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 l’avant que dans les autres directions D ~ 1/4; le bleu est 16 fois plus diffusé que le rouge.. C’est l’origine du bleu azur du ciel

8 La polarisation À chaque photon est associé un plan d’onde.. À un rayonnement lumineux est associé un grand nombre de photons, un grand nombre de plans d’onde.. Toutes les orientations sont permises. La lumière naturelle contient tous les plans d’onde

9 La polarisation Une réflexion polarise la lumière incidente par le fait qu’elle renforce la composante du plan d’onde parallèle à la surface réfléchissante aux dépends des autres

10 La polarisation Deux surfaces réfléchissantes perpendiculaires vont ainsi réduire (jusqu’à couper) l’intensité du rayonnement Les verres polarisés éliminent les rayons réfléchis par les obstacles et la chaussée brillante et permettent d’éviter les éblouissements Les insectes percoivent la polarisation de la lumière ce qui leur permet en cas de fuite d’éviter de se frapper contre des surfaces (qui polarisent la lumière), la lumière d’un espace libre n’étant pas polarisée

11 Le phénomène d’interférence

12 Les couleurs la télévision: par addition des couleurs dites fondamentales dans notre milieu de vie: par absorption sélective

13 Cercle de teintes illustrant les couleurs principales
«Physique générale», R.L.Weber, K.V. Manning, M.W. White, Mc Graw-Hill, 709 p

14 La perception des couleurs : La vue
L’oeil : 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 l’organe de la vue: la sensation de jaune est produite par la couleur jaune comme par l’abscence de bleu dans la lumière blanche

15 La réponse spectrale de l’oeil
«Physique générale», R.L.Weber, K.V. Manning, M.W. White, Mc Graw-Hill, 709 p

16 La perception de l’addition des couleurs fondamentales
jaune + bleu = blanc Vert + rouge = jaune La télévision La perception de l’addition des couleurs fondamentales «Physique générale», R.L.Weber, K.V. Manning, M.W. White, Mc Graw-Hill, 709 p

17 L’absorption 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 «Physique générale», R.L.Weber, K.V. Manning, M.W. White, Mc Graw-Hill, 709 p La superposition de ces deux filtres favorise le vert

18 Feuille de lierre Citron Tomate Tissu gris
L’œil perçoit la lumière blanche sans bleu : jaune «Physique générale», R.L.Weber, K.V. Manning, M.W. White, Mc Graw-Hill, 709 p

19 La soustraction des couleurs
Les trois filtres juxtaposés coupent la transmission des couleurs: le noir perception de la non détection de photons lumineux La soustraction des couleurs «Physique générale», R.L.Weber, K.V. Manning, M.W. White, Mc Graw-Hill, 709 p

20 Le blanc: la somme des couleurs
Les ondes électromagnétiques ont la même vitesse de propagation (célérité) c0 dans le vide. Cela n’est plus vrai dans les milieux de propagation matériels. Les célérités différentes engendrent la dispersion des ondes réfractées. ni =c0/ci  (nm) couleur indice (verre) 360 UV 1,539 434 violet 1,528 486 bleu-vert 1,523 589 jaune 1,517 656 rouge 1,514 La dispersion des couleurs

21 Le Mirage, un effet optique
Une stratification thermique de l’air qui entraîne une variation de l’indice optique Une succession de réfractions de la lumière ambiante qui conduit à la condition de réflexion totale et la production d’une image

22 Le mirage, un effet optique
Réfractions successives jusqu’à un angle propre à la réflexion totale

23 Cela implique que nchaud < nfroid
Le Mirage sur Terre Rappel: la vitesse de la lumière croît légèrement avec la température de l’air Cela implique que nchaud < nfroid Une succession de réfractions qui conduit à la condition de réflexion totale et la production d’une image inversée réfraction Tn Oeïl réflexion totale T3 T2 T1 T0 Tn: température de l’air Tn …< T3< T2 <T1<T0: température des couches d’air qui diminue avec la distance au sol T0: température de l’air au contact du sol

24 Cela implique que nchaud < nfroid
Le Mirage en Mer Rappel: la vitesse de la lumière croît légèrement avec la température de l’air Cela implique que nchaud < nfroid l’évaporation produit du froid (chaleur latente) Une succession de réfractions qui conduit à la condition de réflexion totale et la production d’une image droite Tn évaporation T3 T2 T1 T0 Tn: température de l’air T0 <T1 < T2 < T3< …Tn : température des couches d’air qui augmente avec la distance de la surface de la mer T0: température de l’air au contact de la mer

25 Discover, juin 03 p.30 L’Arc-en-ciel

26 L’Arc-en-ciel: réfraction et interférence
Chaque gouttelette d’eau en suspension dissocie la lumière blanche en ses composantes par effet de réfraction (neau  nair) L’interférence constructive (même chemin optique) fait que l’arc-en-ciel prend la forme d’un arc de cercle centré sur notre œil. Ceci explique le fait que l’arc en ciel se déplace avec le mouvement de l’observateur

27 Le phénomène d’interférence et
la couleur des papillons

28 Caractéristiques appréhendées
couleur Caractéristiques appréhendées blanc Somme de toutes les couleurs, lumière naturelle du Soleil noir Absence d’excitation des cellules nerveuses (appréhension de l’obscurité) 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 Les couleurs: effets ? Wysiwyg://1.99/

29 Effets psychologiques Effets physiologiques
couleur Effets psychologiques Effets physiologiques remarques noir Employé seul est déprimant Utile pour créer des contrastes rouge Stimule l’agressivité, crée des réactions émotionnelles, sensation de chaleur Stimule les fonctions physiologiques et l’activité mentale Très important en chromothérapie, effet de couleur chaude orange Porte à la joie, stimule la créativité, donne l’imprssion de bien-être Stimule l’appétit, la digestion et l’émotivité À utiliser comme le rouge, à dose modérée pour ne pas fatiguer jaune Bonne humeur, joie, stimulant intellectuel Sensibilité maximale de l’œil,, stimule l’émotivité vert Reposant, calme l’esprit Sédatif, soulage les migraines Modère un éclairage solaire trop vif bleu Calme, tendance vers l’introspection, l’idéation, l’euphorie Calmant, diminue les rythmes biologiques Effet de couleur froide violet Agit sur le cœur, les poumons et la circulation sanguine À l’effet 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 Les couleurs: effets ? Wysiwyg://1.99/

30 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