La lumière

La lumière est omniprésente dans notre vie. C’est grâce à elle que la vie est possible sur notre planète. La vie n’aurait pu se développer sans la lumière du Soleil.

Encore de nos jours, les plantes et les animaux ont besoin de lumière pour leur survie.

La lumière est aussi notre principal moyen de découvrir le monde qui nous entoure. On estime que la grande majorité des informations reçues par notre cerveau sur notre environnement sont fournies par nos yeux.

L’oeil est d’ailleurs l’instrument optique le plus perfectionné que nous connaissons.

• observons un tube fluorescent « un néon » directement en face.
• Ce tube apparaît dépourvu de toute couleur, autrement dit il est blanc.
• Pour traduire cela, on dit qu’un tube fluorescent est une source de lumière blanche.

Le Soleil est aussi, quand on le regarde de face (un très court instant parce que cela fait très mal aux yeux !) d’un blanc éblouissant,

donc : le Soleil est une source de lumière blanche

Nature de la lumière

Une onde électromagnétique est la combinaison de deux perturbations, l'une est électrique, l'autre est magnétique. Ces deux perturbations, qui oscillent en même temps mais dans deux plans perpendiculaires se déplacent à la vitesse de la lumière.

Une onde électromagnétique peut donc se concevoir comme une perturbation électrique de la matière qui se propage.

Rayonnements électromagnétiques

• la lumière visible, avec les 7 couleurs;
• les infrarouges, que l'on détecte par la chaleur qu'ils transportent ;
• les ultras violets;
• les ondes radio, qui nous permettent de transmettre des programmes radio ou T.V.;
• les ondes radar, qui permettent de guider les avions, ou de piéger les chauffards, mais aussi de cuire des poulets dans les fours à micro ondes ;
• les rayons X utilisés en radiographie ;
• les rayons Gamma, si dangereux dans les centrales nucléaires ;

Le visible

Le visible est la partie du rayonnement électromagnétique que nous voyons. C'est une étroite bande du spectre électromagnétique, chaque couleur de la lumière du visible correspond à une longueur d’onde particulière du spectre.

Nos yeux sont cependant capables de discerner dans ce faible intervalle toutes les couleurs que nous connaissons, s’étalant du violet au rouge.

La lumière se propage en suivant une trajectoire rectiligne. Lorsque la lumière rencontre un corps, elle est absorbée, réfléchie ou transmise (l'un des cas n'excluant pas les autres).

La lumière réfléchie par une surface irrégulière est renvoyée dans toutes les directions. Certaines fréquences sont réfléchies plus fortement que d'autres, ce qui donne aux objets leur couleur caractéristique

Les surfaces blanches réfléchissent la lumière de façon égale pour toutes les longueurs d'onde ; les surfaces noires absorbent pratiquement toute la lumière. Seules les surfaces très polies, comme celle d'un miroir, assurent la réflexion des images.

Couleur de la lumière

La couleur dépend des caractéristiques de la lumière et de nos yeux. La lumière blanche est constituée d’un grand nombre de couleurs différentes, les couleurs de l’arc en ciel. Chaque couleur du spectre correspond à une longueur d’onde particulière. Parmi ces couleurs on trouve le rouge, l’oranger, le jaune, le vert, le bleu et le violet.

Nous pouvons voir les couleurs car nos yeux possèdent trois récepteurs différents sensibles au rouge, vert et bleu.

Décomposer la lumière blanche

Si l'on place une source de lumière blanche devant un prisme ou un réseau et un écran derrière on observe une série de lumières colorées du violet au rouge en passant par toutes les nuances de bleu, de vert de jaune et d'orange.

Ces lumières sont initialement présente dans la lumière blanche et le prisme (ou le réseau) ne font que séparer ces lumières.

La lumière blanche est composée du mélange de toutes les lumières colorées qui existent. Cet ensemble de lumières colorées constitue le spectre de la lumière visible.

Recomposer la lumière blanche

À l’aide d’un disque de Newton formé de secteurs colorés (rouge, orange, … violet) est entraîné par un moteur.
On observe un disque blanc quand la vitesse devient importante.

Mélange additif des couleurs

Le processus qui produits des couleurs par addition de lumières de longueurs d’ondes différentes est appelé synthèse additive.
En utilisant seulement trois des couleurs de l'arc-en-ciel, il est possible de reconstituer la lumière blanche, en d’autres termes en additionnant la couleur des trois faisceaux rouge, vert, bleu, on obtient le blanc. Leur mélange en différentes proportions donneront toutes les autres couleurs.

Synthèse soustractive

Dans la synthèse soustractive tout est inversé par rapport au système additif. La source lumineuse est le blanc du papier. Chaque dépôt de colorant sur le papier va soustraire une certaine quantité de luminosité au papier.
Les couleurs des pigments résultent d’une synthèse soustractive. Lorsque la lumière blanche atteint une surface colorée, certaines longueurs d’ondes sont absorbées et d’autres réfléchies. Ainsi, la couleur de la surface dépend des longueurs d’ondes réfléchies. C’est la synthèse soustractive.

Vitesse de la lumière

Quand on allume la lumière pour éclairer une pièce, on a l’impression que l’effet est immédiat, et pourtant, la vitesse de la lumière n’est pas infinie. La lumière dans le vide (appelée aussi célérité et notée c) à 299 792 458 m/s, soit environ 300 000 km/s.
La lumière se propage plus lentement dans les milieux non transparents. En effet, la vitesse de la lumière (v) dépend de la densité du milieu (eau, air, verre, etc..) : v = c/n où n est l’indice de réfraction du milieu (en rapport avec sa densité).

Propriétés de la lumière

Dans le vide, la lumière se propage de manière rectiligne
En passant d'un milieu à un autre, elle est réfractée
La réfraction est la déviation de la lumière lorsqu'elle traverse l'interface entre deux milieux transparents de densités optiques différentes.
L'indice de réfraction d'un milieu est une mesure de sa densité optique. L'indice de réfraction d'un milieu doit être égal ou supérieur à un. Il est représenté par le symbole n.