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
La propagation de la lumière
• réflexion
• réfraction
• diffusion
• polarisation
• interférence
Réflexion et réfraction
n1 sin1 = n2 sin 2
Cas où n2 n1
Rayon incident
Rayon réfracté
Rayon réfléchi
n1
n2
θ1
θ2
Réflexion et réfraction
n1 sin1 = n2 sin 2
Cas où n2< n1
Rayon incident
Rayon réfracté
Rayon réfléchi
n2
n1
θ1
θ2
La réfraction: une paille dans un verre
Réflexion totale
n1 sin1 = n2 sin 2
Rayon incident
Pas de rayon réfracté
Rayon réfléchi
n1
n2
θM
Cas où n2< n1
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
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
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
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
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
Le phénomène d’interférence
Les couleurs
• dans notre milieu de vie: par absorption sélective
• la télévision: par addition des couleurs dites fondamentales
Cer
cle
de
tein
tes
illu
stra
nt
les
cou
leu
rs p
rin
cip
ales
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
La réponse spectrale de l’oeil
La perception de l’addition des couleurs
fondamentales
Vert + rouge = jaune
jaune + bleu = blanc
La télévision
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
a) Feuille de lierre
b) Citron
c) Tomate
d) Tissu gris
L’œil perçoit la lumière blanche sans bleu : jaune
La
sou
stra
ctio
n d
es c
oule
urs Les trois filtres juxtaposés coupent
la transmission des couleurs: le noir perception de la non détection de photons lumineux
Le blanc: la somme des couleurs
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
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.
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
Le mirage, un effet optique
Réfractions successives jusqu’à un angle propre à la réflexion totale
Le Mirage sur TerreRappel: • la vitesse de la lumière croît légèrement avec la température de l’air
Cela implique que nchaud < nfroid
Tn
T3
T0
T1
T2
Tn: température de l’air
T0: température de l’air au contact du sol
Tn …< T3< T2 <T1<T0: température des couches d’air qui diminue avec la distance au sol
réfraction
réflexion totale
Une succession de réfractions qui conduit à la condition de réflexion totale et la production d’une image inversée
Oeïl
Le Mirage en MerRappel: • 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)
Tn
T3
T0T1
T2
Tn: température de l’air
T0: température de l’air au contact de la mer
T0 <T1 < T2 < T3< …Tn : température des couches d’air qui augmente avec la distance de la surface de la mer
Une succession de réfractions qui conduit à la condition de réflexion totale et la production d’une image droite
évaporation
Discover, juin 03 p.30
L’Arc-en-ciel
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
Le phénomène d’interférence etla couleur des papillons
Les
coul
eurs
: effe
ts ?
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
coul
eurs
: effe
ts ?
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
Discover, juillet 03, p.63
La pollution lumineuse et les astronomes
Discover, juillet 03, p.60
Aurore boréale
Discover, juin 03 p.18La Recherche, janv. 2004, p.86
Pour la Science, avril-juin 03, p.78 Dossier hors-série
les illusions optiques
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