Fête de la science à La Ciotat 14-15-16 octobre 2006

Oscillations du pendule	Réfraction de la lumière	Fibres optiques
Fontaine lumineuse	Lampes, puissance lumineuse	Addition et soustraction des couleurs
	Décomposition de la lumière

 

"La science en fête"

Le samedi 14 octobre 2006, à la Chapelle des Pénitents Bleus à la Ciotat, nous sommes allées à la Science en fête, il y avait environ 5 stands. Nous avons essayé la plupart d'entre eux. D'abord les petits jeux d'adresse (parcours avec un fil de cuivre etc…). Après, nous avons créé une toupie arc en ciel. Nous avons observé que, quand elle tourne, elle devient blanche. Nous avons aussi fait le jeu des constellations qui consiste à relier la question à sa réponse...   Oriane, Zoé et Pierre

Voici les expériences qui étaient présentées:

1/ Expériences sur les oscillations du pendule: la fréquence des oscillations dépend de la longueur du fil, et non de la masse des billes. (Voir notre page sur les horloges)

 

Pendule de Foucault construit avec un trépied de télescope et une boule remplie d'eau:

Le pendule de Foucault met en évidence la rotation de la terre : quand il oscille, on observe que la tache lumineuse formée par la boule se déplace peu à peu sur les graduations circulaires. En réalité c'est le support qui bouge lentement, alors que le pendule oscille toujours dans le même plan. (Montage de l'Association IRIS - Images Reflets Initiation Scientifique - à La Ciotat )

 

2/ Expériences sur la lumière présentées par l'Espace Sciences de la matièrede l'Université de Provence. Explications de Sandrine Ferri, enseignante-chercheuse, et de Gaston Neulé, animateur à IRIS. Textes et images des panneaux en cours de saisie

 

 

La Réfraction	La lumière a tendance à se propager en ligne droite mais elle change de direction lorsqu'elle passe d'un milieu transparent à un autre (par exemple : de l'air à l'eau, ou le contraire...). C'est ce phénomène qui permet d'expliquer pourquoi, lorsque l'on observe une paille dans un verre, celle-ci paraît brisée. Cette fracture (vers le haut) apparente est à l'origine du mot réfraction.

 

 

 

3/ Les fibres optiques	La fibre optique est un guide d'ondes qui exploite les propriétés réfractrices de la lumière. Elle est généralement constituée d'un coeur enveloppé d'une gaine:   Le coeur de la fibre a un indice de réfraction légèrement plus élevé que la gaine (différence de quelques millèmes) et peut donc confiner la lumière qui se trouve entièrement réfléchie un grand nombre de fois à l'interface des deux matériaux (en raison du phénomène de réflexion totale interne). L'ensemble est généralement recouvert d'une gaine plastique de protection.
Lorsqu'un rayon lumineux entre dans une fibre optique à l'une de ses extrémités avec un angle adéquat, il subit de multiples réflexions totales internes. Ce rayon se propage alors jusqu'à l'autre extrémité de la fibre optique sans perte, en empruntant un parcours en zigzag. La propagation de la lumière dans la fibre peut se faire avec très peu de pertes même lorsque la fibre est courbée.

 

Ci desous: la lumière du laser est transmise par le tube transparent, même si celui-ci forme un coude:

 

4/ Fontaine lumineuse: expérience de Colladan (1861) sur la réflexion totale de la lumière.

 

Le faisceau laser est conduit dans le filet d'eau jusqu'à ce que celui-ci se disperse en fines gouttelettes:

Explication:

Un rayon lumineux intense est introduit dans l'axe d'un jet d'eau.

A cause des multiples réflexions totales, le rayon ne peut pas quitter le jet, il est forcé de le suivre. On s'attend à ce qu'il reste complètement noir tant que la surface du jet ne présente pas une petite modification.

la moindre modification implique une perte de lumière dans le jet et celui-ci s'illumine.

cet esffet est aussi connu sous le nom de "fontaine lumineuse"

 

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Laser vert dont le faisceau traverse un milieu liquide (eau sucrée) qui diffracte légèrement la lumière:

5/ Comparaison de lampes à incandescence et d'une lampe à tube (lampe à faible consommation d'énergie)

 

 

L'énergie lumineuse	la puissance lumineuse - En cours de saisie

 

6/ Lampes spectrales au sodium, au zinc et au cadmium/mercure

On reconnaît sur l'appareil d'alimentation les symboles Na (sodium), Zn (zinc), Hg (mercure) et Cd (Cadmium).

Voir la table des éléments chimiques

Dans ce type de lampe, un gaz est excité par une décharge électrique de façon à ce qu'il devienne luminescent.

    

 

La couleur de la lumière émise dépend du gaz utilisé:

Lampe au sodium; couleur orangée	Lampe au mercure: couleur bleutée

 

Quand on allume la lampe au sodium, elle émet d'abord une lueur violette à l'amorçage,

puis la lumière passe à l'orangé quand elle chauffe:

     

 

7/ Addition et soustraction de couleurs (synthèse additive, synthèse soustractive).

Trois sources de couleur (bleu, vert, rouge) permettent de composer toutes les couleurs par addition:

 

 

Dans la zone centrale, on voit que les trois couleurs additionnées donnent du blanc.

Les autres couleurs résultent des mélanges deux à deux.

Bleu + Rouge = Magenta

Rouge + Vert = Jaune

Vert + Bleu = Cyan

 

 

rouge + bleu = magenta

 

rouge + vert = jaune

 

bleu + vert = cyan

 

Ci-dessous: la rotation du disque crée, pour l'oeil humain, l'illusion d'une couleur blanche:

     

 

 

 

 

7/ Décomposition de la lumière blanche par un réseau. On obtient le spectre lumineux avec toutes les couleurs de l'arc-en-ciel.

 

 

 

Le spectre lumineux
Décomposition fine de la lumière (photons) caractéristique de la lumière reçue

     

 

La lumière visible par l'oeil humain ne correspond qu'à une étroite fenêtre sur l'ensemble des radiations électromagnétiques (des rayons gamma aux ondes radio). L'oeil ne perçoit ni les ultraviolets ni les infrarouges qui sont aux limites du spectre visuel.

De gauche à droite:

Rayons gamma - Rayons X - Ultraviolets - Lumière visible - Infrarouge - Ondes radio

Spectre obtenu un jour dans notre classe par réfraction des rayons du soleil sur l'aquarium:

 

Le même spectre sur une grande feuille de papier blanc:

 

 

 

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