Fiche à trous · 5ème · Physique-Chimie

Lumière — Propagation et couleurs

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Un pull rouge dans une pièce éclairée en bleu paraît noir. Le pull n'a pas changé, l'œil non plus : c'est la lumière qui arrive qui a changé. La couleur d'un objet n'est pas une propriété qu'il possède seul — c'est le résultat d'une rencontre entre une lumière et une surface. Ce chapitre démonte cette rencontre.

Voir : sources et propagation

Définition — Source primaire et source secondaire :

Règle

Piège

Dessiner des rayons partant de l'œil vers l'objet.

Suivre le trajet dans l'ordre : source → objet → œil. Les flèches ne repartent jamais de l'œil.

Définition — Ombre et pénombre :

La lumière blanche n'est pas simple

Règle

L'arc-en-ciel est cette même décomposition, réalisée par les gouttes d'eau en suspension dans l'air à la place du prisme. C'est pourquoi il apparaît quand le Soleil éclaire un rideau de pluie, et toujours du côté opposé au Soleil par rapport à l'observateur.

Exemple

On envoie de la lumière blanche sur un prisme, puis on place un cache ne laissant passer que la partie verte du spectre. Ce faisceau vert traverse un second prisme. Que prévoit-on ?

Résultat :

Pourquoi les objets ont une couleur

Règle

Prévoir la couleur d'un objet sous un éclairage donné

Piège

Écrire qu'un objet rouge éclairé en bleu « devient bleu ».

Croiser deux listes : ce que la lumière apporte, ce que l'objet sait renvoyer. Intersection vide → noir.

Un filtre coloré fonctionne par le même mécanisme, en transmission : il laisse passer sa propre couleur et absorbe le reste. Deux filtres de couleurs différentes superposés ne laissent en général plus rien passer, chacun absorbant ce que l'autre transmet.

Ai-je distingué source primaire et source secondaire ?
Mes rayons vont-ils bien de la source vers l'objet, puis vers l'œil ?
Ai-je invoqué la propagation rectiligne pour expliquer une ombre ?
Ai-je distingué l'ombre nette de la pénombre, selon l'étendue de la source ?
Ai-je écrit que le prisme décompose la lumière blanche sans créer de couleur ?
Ai-je croisé les couleurs apportées et les couleurs renvoyées avant de conclure ?

Corrigé · à détacher

Lumière — Propagation et couleurs

1. Une source primaire produit elle-même la lumière qu'elle émet : le Soleil, une flamme, une lampe allumée, un écran. Une source secondaire ne produit rien : elle renvoie la lumière qu'elle reçoit — la Lune, un mur, une page, tout objet éclairé. Un objet est visible dans les deux cas, mais pour une raison opposée.
2. Dans un milieu homogène et transparent, la lumière se propage en ligne droite : c'est la propagation rectiligne. On la représente par un rayon lumineux, une droite fléchée qui indique le sens du trajet. Cette propriété a une conséquence directe : pour qu'un objet soit vu, il faut qu'un trajet rectiligne relie l'objet à l'œil, sans obstacle.
3. Un objet opaque placé sur le trajet de la lumière crée derrière lui une zone privée de lumière. Avec une source ponctuelle, cette zone est nette : c'est l'ombre propre sur l'objet et l'ombre portée sur l'écran. Avec une source étendue, une zone intermédiaire apparaît, éclairée par une partie seulement de la source : c'est la pénombre, et son existence explique le contour flou des ombres réelles.
4. Une source ponctuelle donne une ombre nette ; une source étendue ajoute une pénombre.
5. La lumière blanche — celle du Soleil ou d'une lampe à incandescence — est un mélange de lumières colorées. Un prisme la décompose : chaque couleur y est déviée d'un angle différent, si bien qu'elles se séparent. On obtient une bande continue de couleurs, le spectre, qui va du rouge au violet en passant par l'orange, le jaune, le vert et le bleu.
6. Le premier prisme décompose la lumière blanche : il en sort un spectre continu.
7. Le cache isole une seule couleur : le faisceau qui poursuit n'est plus un mélange.
8. Le second prisme dévie ce faisceau, comme il dévie toute lumière qui le traverse.
9. Mais il ne le décompose pas : rien n'en sort d'autre que du vert.
10. Le vert est une lumière simple, indécomposable ; le blanc est une lumière composée. Décomposer ne crée pas les couleurs, cela les sépare.
11. Un objet éclairé absorbe une partie des lumières colorées qu'il reçoit et renvoie — on dit aussi diffuse — les autres. Sa couleur apparente est celle des lumières réfléchies vers l'œil. Un objet rouge éclairé en blanc absorbe tout sauf le rouge. Un objet blanc renvoie toutes les couleurs ; un objet noir les absorbe toutes, et c'est pourquoi il chauffe au soleil.
12. Écrire quelles couleurs contient la lumière qui éclaire l'objet.
13. Écrire quelles couleurs cet objet est capable de renvoyer, d'après sa couleur observée en lumière blanche.
14. Chercher les couleurs présentes dans les deux listes à la fois.
15. Si une ou plusieurs couleurs sont communes, l'objet paraît de cette couleur.
16. Si aucune ne l'est, rien n'est renvoyé vers l'œil : l'objet paraît noir.