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Les couleurs et les phénomènes lumineux La propagation des ondes dans la matière: réflexion, réfraction, diffusion, diffraction, polarisation, interférence.

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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 n 1 sin  1 = n 2 sin  2 Cas où n 2  n 1 Rayon incident Rayon réfracté Rayon réfléchi n1n1 n2n2 θ1θ1 θ2θ2

4 Réflexion et réfraction n 1 sin  1 = n 2 sin  2 Cas où n 2 < n 1 Rayon incident Rayon réfracté Rayon réfléchi n2n2 n1n1 θ1θ1 θ2θ2

5 La réfraction: une paille dans un verre

6 Réflexion totale n 1 sin  1 = n 2 sin  2 Rayon incident Pas de rayon réfracté Rayon réfléchi n1n1 n2n2 θMθM Cas où n 2 < n 1 Pour des valeurs de θ 1  θ M, : Sin θ M = n 2 /n 1 c.a.d. θ 2 = π/2 Il n’y a pas de rayon réfracté, toute la lumière incidente est réfléchie

7 L’écran de cinéma diffuse la lumière La diffusion 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 Le miroir réfléchit la lumière La neige diffuse et réfléchit la lumière Et le bleu 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 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 Les verres polarisés éliminent les rayons réfléchis par les obstacles et la chaussée brillante et permettent d’éviter les éblouissements Deux surfaces réfléchissantes perpendiculaires vont ainsi réduire (jusqu’à couper) l’intensité du rayonnement

11 Le phénomène d’interférence

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

13 Cercle de teintes illustrant les couleurs principales

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

16 La perception de l’addition des couleurs fondamentales Vert + rouge = jaune jaune + bleu = blanc La télévision

17 L’absorption sélective des couleurs du spectre du visible Le filtre jaune absorbe fortement le bleu, moins le vert et le rouge, laisse passer le jaune Le filtre bleu absorbe fortement le rouge et le jaune, moins le vert, laisse passer le bleu La superposition de ces deux filtres favorise le vert

18 a)Feuille de lierre b)Citron c)Tomate d)Tissu gris L’œil perçoit la lumière blanche sans bleu : jaune

19 La soustraction des couleurs Les trois filtres juxtaposés coupent la transmission des couleurs: le noir perception de la non détection de photons lumineux

20 Le blanc: la somme des couleurs n i =c 0 /c i (nm)couleurindice (verre) 360UV 1, violet 1, bleu-vert 1, jaune 1, rouge 1,514 La dispersion des couleurs Les ondes électromagnétiques ont la même vitesse de propagation (célérité) c 0 dans le vide. Cela n’est plus vrai dans les milieux de propagation matériels. Les célérités différentes engendrent la dispersion des ondes réfractées.

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

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

23 Le Mirage sur Terre Rappel: la vitesse de la lumière croît légèrement avec la température de l’air Cela implique que n chaud < n froid TnTn T3T3 T0T0 T1T1 T2T2 T n : température de l’air T 0 : température de l’air au contact du sol T n …< T 3 < T 2

24 Le Mirage en Mer Rappel: la vitesse de la lumière croît légèrement avec la température de l’air Cela implique que n chaud < n froid l’évaporation produit du froid (chaleur latente) TnTn T3T3 T0T0 T1T1 T2T2 T n : température de l’air T 0 : température de l’air au contact de la mer T 0

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 (n eau  n air ) 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 Les couleurs: effets ? couleurCaractéristiques 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

29 Les couleurs: effets ? couleurEffets psychologiques Effets physiologiques remarques noir Employé seul est déprimantUtile 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’espritSédatif, soulage les migrainesModère 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 mélancolieLégèrement calmant rose Stimule légèrementEffet calmant sur les agités brun Seul, produit une dépressionendortÀ utiliser avec précaution

30 Discover, juillet 03, p.63

31 La pollution lumineuse et les astronomes Discover, juillet 03, p.60

32 Aurore boréale Discover, juin 03 p.18 La Recherche, janv. 2004, p.86

33 Pour la Science, avril-juin 03, p.78 Dossier hors-série les illusions optiques


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