Lumière blanche-Lumière colorée Décomposition de couleur blanche

n22

Leçg

Lumière blanche-Lumière colorée Décomposition de couleur blanche

Qu'est-ce

qu'un

arc-en-ciel

?

Où et quand se manifestent les arcs-en-ciel?

Quand I'arc-en-ciel apparaît, quelquefois on

voit

le rouge sur le bord extérieur alors eue

ir violet

est

à

l'opposé,

le

plus près

du sol. Et

quelquefois, les couleurs

de

I'arc-en-ciel sont inversées.

l. Lumière blanche:

Activité

: Etude la dispersion de Ia lumière

Luiirière l-rial:hg

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Lunliêrû v o r:itil

Protocole expérimental

-

Brancher une lampe à incanclescente de

l2

V aux bornes d'un générateLrr délivrée cle tcnsiorr 12Y.

-

^Une fente percée

d'un petit

trou,

doit

être installée juste _devant un prisrne posé sur une feuille blanche.

-

La solrrce de lumière doit être placé à I'endroit où le faisceau lumineux peut être paralièle au

papier et frappé sur Ia face du prisme de verre..

- Un

écran de carton blanc, est placé derrière

le

prisme pour que

la

lumière émergée soit projetée au-dessu.s.

-

Tracer des rayons apparus sur la feuille blanche à travers Ia ientille suivant chaque banCe cle

couleurs.

9?

ll

I

ConsigneScomplémentaires: i ,

^,

La lampe, la fente et le prisme doivent être ^{disposés à} la même hauteur et ds

fa;;n

^à ce que, lorsque la lampe est allumée, le spectre de couleurs soit projeté sur le tableau blanc, pour une meilleure observation de ce-dernier.

Observations ^:

Lorsque

la

lumière blanche (produite par une source incandescente) traverse un prisme en

verre,

la

lurnière blanche

est

déviée

et on peut

observer

un

spectre lumineux d'émission continu dans lequel s'étalent les couleurs de I'arc en ciel.

Nous allons voir

qu'il

se passe le même phénomène dans une goutte d'eau et que cela mène à

I'apparition d'arcs en ciel.

D'après l'expérience,

on

peut déduire que la lumière solaire n'est

pas

blanche.

Elle

semble blanche alors qu'elle est en réalité constituée de rayons multicolores que nos yeux sont incapables de distinguer. En passant à travers le prisme, les rayons se séparent, se démêlent, et I'on peut alors les voir séparémerrt. Chaque rayon, en traversant le trou du volet, forme une tache ronde colorée.

Le rayon rouge, Ies moins déviés par le prisme,

se situent en haut du spectre, le violet en bas. Les autres couleurs entre les deux.

D'autant qu'une fois le prisme

traverse, impossible

de retrouver dans le faisceau

la moindre trace de

la

lumière blanche. Juste ^une bande

de

couleurs

allant

systématiquement du rouge au violet, en passant par l'orange,

lajaune,

le vert et I'indigo : on la nomme le spectre.

L'arc-en-ciel est

le

phénomène de dispersion de lumière sLrr un mrlr d'eau.

Si la lLrmière frappe les gouttes de pluie à un angle particulier et qu'elle est réfléchie deux fois,

un

second arc-en-ciel,

plus

large, entourera le

premier. Il faut pour cela que

l'arc-en-ciel principal

soit

très brillant

; ^Ie

second sera plus faible, puisque

la

lumière est reflétée deux fois par chacune des gouttes. C'est aussi pourquoi ^les couleurs du second arc-en-ciel sont inversées. Ce

deuxième

arc-en-ciel a un rayon

d'environ 51degrés, alors que le premier est de 42 degrés.

-\

---\-

.

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--- ^\

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i

'Entre

ces-deux arcs; on'peut observer un pan du ciel moins

lumineux:

c'est la bânde sombre dlAlexandre, nomme en I'honneur d'Alexandre d'Aphrodisias,qui

fut

le premier à;en proposer unedescriptionauxalentoursde200avantJésus-Christ.

Il

^{arrive aussi}

qu'à I'intérieur

de

l'arc

principal, partie plus claire,

on

observe des bandes alternativement roses et vertes. Celles-ci sont appelés arcs

surnuméraires

et sont dues à des

interférences lu mineuses.

Pourquoi les arcs-en-ciel sont-ils recourbés ?

Parce

qu'ils font

partie

d'un

cercle.

Le

centre de

l'arc

est situé sous I'horizon. Pour

voir

le cercle au complet

il

faut être en avion cu au scmmet d'une haute montagne et regarder la pluie qui tombe plus bas.

2. La diffusion de la lumière

:

La couleur bleue est due à la tJiffusion de la lumière solaire par l'atmosphère.

Le

jour,

par beau temps, le ciel apparaît bleu, car

il

diffuse la lumière du soleil. Les gaz de I'atmosphère (essentiellement diazote et dioxygène) sont transoarents pour 1a lumière visible ^(les

UV

sont heureusement absorbés).

La

couleur bleue du

ciel,

observée dans une direction autre clue celle clu soleil vient donc d'une succession cie difiusions de la lumière solairê par des moléculcs. En haute aititucie, ie ciel apparaît

d'un bleu plus foncé car le rnilieu

difftrseur traversé

esi moins

épais.

Hors

de I'atmosphère terrestre, ie fonci cie ciei est noir, car

il

n'y ^a plus cie diffusion. ,

Lorsque

le soleil est

bas

sur

I'horizon, son rayonnement traverse une grande épaisseur d'atmosphère et subit un grand nombre de dilfusions, ce

qui

le prive d'une grande partie de sa

composante bleue. Alors, le soleil nous paraît orangé et même parfois rouge.

L'effet

de

la

dispersion sur

la

coloration du soleil est plus marqué près de

I'horizon

qu'au zénith

:

la

lumière

a alors un plus long trajet à travers I'atmosphère et rencontre donc plus de particuies.

Ainsi, la couleur du ciel est variable entre I'aurore et Ie crépuscule. Au leyer (et au coucher) du soleil, près de I'horizon, semble rouge parce que la

lumière

bleue a été dispersée au loin et I'on ne voit plus que la lumière provenant directement du soleil.

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i,

_à.

De même, en altitude, où I'air est plus rare, la dispersiun csl trcarn:r.rrt1r lrroirrs frrrtÈ. Orr reçoit.l donc plus de lumière directe, et beaucoup moins de lumière indir.egte, diffusée par I'ajmosphère :

le ciel ^est moins lumineux, plus sombre, ce qui donne un bleu plus

"profond". i ;

^,

L'atmosphère terrestre est très peu dense, elle ne se comporte donc pas de

la

même façon qu'un morceau de verre. Le phénomène qui domine dans le cas de I'atmosphère terrestre est la diffrrsion Rayleigh : la lumière qui arrive sur une molécule de I'atmosphère est diffusée (c'est-à- dire déviée dans diverse direction).

Lorsqu'on ne regarde pas directement le soleil, la

lumière

^que nous voyons est celle qui a été déviée, c'est-à-dire la lumière diffusée dans laquelle domine le bleu, le ciel nous apparaît donc comme bleu...

A

contrario, la lumière qui nous arrive du soleil dans I'axe de ce-dernier ^est celle qui n'a pas été diffusée, dans laquelle

le

rouge domine. La couleur rouge est d'autant plus prononcée que l'épaisseur d'atmosphère traversée est importante : le soleil au zénith est donc jaune alors que le soleil couchant nous apparaît comme rouge. Les couleurs du

ciel

au couchant

ont la

même origine,

à

laquelle

il faut

ajouter

le

rôle des poussières en suspension dans I'atmosphère qui peuvent contribuer aux nuances de couleurs du crépuscule.

La couleur de la lune, qui est rougeâtre lors d'une éclipse, s'explique de la mêrne façon. Lors d'une éclipse,

la

lune est éclairée par des rayons

de soleil

dont une partie

a

été déviée par diffusion dans I'atmosphère terrestre et n'arrive doirc ^pas jusqu'à la lune. Lors ^de cette diffusion, le bleu a été plus dévié que les autres couleurs, donc la teinte de la lumière qui éclaire la lune ^est rouge.

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