Lumière — Propagation et couleurs

Utiliser ses connaissances

Réponds à chaque question par une ou deux phrases, en utilisant le vocabulaire du cours.

1. 1.Sur un schéma d’optique, on trace les rayons lumineux dans l’air à la règle, jamais en courbe. Pourquoi ?

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   Parce que la propagation est rectiligne dans l’air de la pièce.

   L’air de la pièce est un milieu homogène et transparent : la lumière y va en ligne droite, et le tracé à la règle le traduit.

2. 2.Le soir, un lampadaire éclaire Jules sur le trottoir. Où se trouvent son ombre propre et son ombre portée ?

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   Son ombre propre est sur son corps, du côté opposé au lampadaire ; son ombre portée est sur le trottoir, derrière lui par rapport au lampadaire.

   L’ombre propre est la partie non éclairée de l’objet lui-même ; l’ombre portée est la zone sombre qu’il crée sur une surface située derrière lui. 0,5 point par ombre.

3. 3.En plein été, deux voitures identiques, l’une noire et l’autre blanche, restent au soleil. Laquelle chauffe le plus ? Justifie.

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   La noire : elle absorbe toutes les couleurs de la lumière reçue, alors que la blanche les renvoie toutes.

   L’énergie de la lumière absorbée reste dans l’objet et l’échauffe ; la lumière renvoyée repart sans le chauffer.

4. 4.Sur scène, un tee-shirt vert semble sombre sous un projecteur, puis retrouve sa teinte quand on rallume la lumière blanche. A-t-il changé ? Explique.

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   Non : c’est l’éclairage qui a changé, pas ce que sa surface sait renvoyer.

   Ce que la surface sait renvoyer est une propriété qui ne change pas ; c’est la lumière reçue qui a changé, et la couleur vue avec elle.

Construire et exploiter un schéma

Une petite lampe S, que l’on considère comme ponctuelle, éclaire un carton opaque placé devant un écran. Sur la figure, le carton est d’abord en position 1, puis en position 2. Construis les rayons à la règle sur la figure, puis réponds.

1. 1.Position 1 : à la règle, construis les deux droites qui partent de S et frôlent les extrémités du carton, prolonge-les, puis hachure l’ombre portée.

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   Les deux rayons limites, de S aux extrémités du carton puis jusqu’à l’écran ; l’ombre est hachurée entre leurs points d’arrivée.

   Ce sont les rayons limites : au-delà, la lumière passe ; entre eux, le carton l’arrête. 0,5 point par rayon, 0,5 point pour l’ombre hachurée.

2. 2.Position 1 : combien de carreaux mesure l’ombre portée ?

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   8 carreaux.

   Les rayons limites arrivent sur l’écran 4 carreaux au-dessus et 4 carreaux au-dessous de l’axe : 4 + 4 = 8 carreaux.

3. 3.Position 2 : construis de même les deux rayons limites, puis donne la hauteur de la nouvelle ombre.

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   Les rayons passant par les bords du carton en position 2 arrivent 2 carreaux au-dessus et 2 carreaux au-dessous de l’axe : l’ombre mesure 4 carreaux.

   Même construction, carton plus loin de S : les rayons limites sont moins écartés, l’ombre est plus petite. 1 point pour les rayons, 0,5 point pour la mesure.

4. 4.Comment varie la taille de l’ombre portée quand on éloigne le carton de la source ? Que faut-il faire pour l’agrandir ?

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   Elle diminue quand le carton s’éloigne de la source ; pour l’agrandir, il faut rapprocher le carton de la source.

   Plus le carton est près de S, plus les rayons qui frôlent ses bords s’écartent avant d’atteindre l’écran.

5. 5.Le bord de l’ombre obtenue sur l’écran est-il net ou flou ? Justifie avec la construction.

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   Net : avec une source ponctuelle, un seul rayon limite passe par chaque bord du carton, donc l’écran passe sans transition de la lumière à l’ombre.

   Une pénombre n’apparaît que si la source est étendue : plusieurs points de la source donneraient plusieurs rayons limites.

Prévoir une couleur apparente

Lis le document 1. Pour chaque question, écris d’abord les couleurs apportées par le projecteur, puis celles que le costume sait renvoyer, avant de conclure.

1. 1.Sous le projecteur vert, de quelle couleur paraît la robe de Sarah ? Détaille les deux listes.

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   Lumière apportée : vert. Couleur que la robe sait renvoyer : rouge. Aucune couleur commune : la robe paraît noire.

   La robe absorbe le vert et ne reçoit aucun rouge à renvoyer : rien ne repart vers l’œil. 1 point pour les deux listes, 0,5 point pour la conclusion.

2. 2.Sous ce même projecteur vert, de quelle couleur paraît la chemise de Léo ? Justifie.

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   Verte : la chemise est blanche, elle renvoie toutes les couleurs qu’elle reçoit, donc le vert.

   Le blanc est le seul cas où l’objet paraît de la couleur de l’éclairage.

3. 3.Le metteur en scène veut que la robe et le chapeau de Sarah paraissent de la même couleur. Quel projecteur doit-il allumer ? Justifie pour chaque vêtement.

   1.5 pt
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   Le bleu : la robe ne sait renvoyer que le rouge et le chapeau que le vert ; sous la lumière bleue, aucun des deux n’a de couleur commune avec l’éclairage, et tous deux paraissent noirs.

   Sous le rouge, la robe paraît rouge et le chapeau noir ; sous le vert, l’inverse. Seul le bleu les rend identiques. 0,5 point pour le projecteur, 1 point pour la justification.

4. 4.Sous quel ou quels projecteurs le pantalon de Léo paraît-il noir ?

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   Sous le rouge et sous le vert.

   Le pantalon ne renvoie que le bleu : il ne paraît bleu que sous le projecteur bleu, et noir sous les deux autres. 0,5 point par projecteur.

Analyser une expérience

Observe le document 2, puis réponds aux questions.

1. 1.Montage 1 : que voit-on sur l’écran ? Pourquoi les couleurs s’y séparent-elles ?

   1.5 pt
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   Un spectre ; chaque couleur que contient la lumière blanche est déviée d’un angle différent.

   C’est la décomposition : elle prouve que la lumière blanche est un mélange. 0,5 point pour l’observation, 1 point pour l’explication.

2. 2.Montage 2 : que fait le filtre rouge de la lumière blanche qu’il reçoit ?

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   Il ne garde que le rouge : les autres couleurs sont absorbées.

   Un filtre agit par transmission : il ne transforme pas la lumière, il en retire une partie.

3. 3.Montage 2 : prévois ce que l’on observe sur l’écran. Que montre cette observation sur la lumière rouge ?

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   Une seule tache rouge, déviée par le prisme mais non étalée : la lumière rouge est une lumière simple, que le prisme ne peut pas décomposer.

   Le prisme dévie toute lumière ; il ne sépare que ce qui est mélangé. 0,5 point pour la prévision, 1 point pour la conclusion.

4. 4.Montage 3 : prévois ce que l’on observe sur l’écran. Explique.

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   Rien n’arrive sur l’écran : le second filtre absorbe le rouge transmis par le premier.

   Deux filtres de couleurs différentes superposés ne laissent en général plus rien passer : chacun absorbe ce que l’autre transmet.