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[modifier] La lumière

[modifier] Description

La lumière est une onde électromagnétique. La lumière peut posséder différentes couleurs et chacune d'entre elles est associée à une fréquence différente.
La lumière visible par l'œil humain est constituée d'ondes possédant des fréquences allant approximativement de 43 Khz à 75 Khz.

[modifier] Production de la lumière

Comment cette onde se produit-elle?

Le processus de création de la lumière se situe au niveau microscopique, au niveau des atomes et de leurs électrons. Comme vous le savez, les atomes possèdent des électrons, particules chargées négativement, qui gravitent autour de leur noyau, sur des couches dites électroniques. Les électrons sont disposés sur différentes couches électroniques et lorsqu'on leur fournit une assez grande quantité d'énergie, ceux-ci sont destinés à s'élever sur les couches électroniques supérieures. Cependant, cette situation est intenable pour les électrons et ils finissent par retomber sur leur couche électronique initiale et, à ce moment, l'énergie, précédemment absorbée et utilisée afin de s'élever à la couche électronique supérieure, se voit libérée par l'électron qui n'a en a plus besoin. L'électron libère cette énergie sous la forme d'une onde électromagnétique : la lumière!

Plus la quantité d'énergie fournie à l'électron est grande, plus celui-ci sera apte à gravir de couches électroniques. Plus l'électron gravira de couches, plus la fréquence de l'onde électromagnétique produite sera élevée. Ce phénomène est responsable de la création de différentes couleurs. En effet, chaque couleur possède sa propre fréquence et différentes couleurs seront émises en fonction de l'énergie fournie aux électrons.

[modifier] Phénomènes lumineux

[modifier] Incandescence

Ampoule dont le filament est en incandescence.

L'incandescence est produite lorsqu'une substance est chauffée à une température si haute que son rayonnement peut être vu par l'œil humain. On dit donc que le phénomène d'incandescence constitue une émission de lumière "chaude", puisqu'un chauffage a lieu.

Exemples:

• Le filament ampoules traditionnelles
• Rond de poêle
• Le soleil

[modifier] Luminescence

Lorsqu'on parle de luminescence, on désigne un phénomène d'émission lumineuse où le mode d'excitation des électrons est autre que le chauffage.

On dit alors de la luminescence qu'elle est une émission lumineuse "froide".

[modifier] Fluorescence

Photographie de divers minéraux fluorescents.

La fluorescence est un type de luminescence. Une émission lumineuse est produite lorsqu'une substance est excitée par un rayonnement. Lorsque la substance n'est plus exposée au rayonnement, l'émission lumineuse cesse instantanément.

Exemples:

• Laser
• Tube fluorescent

[modifier] Phosphorescence

Poudre phosphorescente à la lumière du jour, à la lumière ultraviolette et dans l'obscurité totale.

La phosphorescence est un type de luminescence. Une émission lumineuse est produite lorsqu'une substance a été excitée par un rayonnement. Lorsque la substance n'est plus exposée au rayonnement en question, l'émission lumineuse continue tout de même.

Exemples:

• Autocollants phosphorescents.
• ...

[modifier] Réflexion

Réflexion d'un édifice sur la surface de l'eau.

La rélexion est un phénomène lumineux au cours duquel la lumière est déviée lorsqu'elle rencontre une surface lisse ou un obstacle poli. La mesure de l'angle d'incidence avec lequel les rayons lumineux frappent la surface est égale à celle de l'angle réfléchi.

Exemples :

• Toute image réfléchie par un miroir.
• Lac calme

[modifier] Réfraction

Le crayon semble être brisé à cause de la réfraction.

La réfraction est un phénomène lumineux lors duquel la lumière est déviée lorsqu'elle traverse différents milieux transparents à un angle qui n'est pas perpendiculaire à la surface. Ce phénomène a lieu parce que, lors du changement de milieu, les rayons lumineux se voient soit accélérer ou soit ralentir, ce qui cause un changement de direction.

Exemples :

• Un objet qui est à moitié hors de l'eau et à moitié dans l'eau donne l'impression d'être tordu au point de rencontre entre l'eau et l'air.
• Déviation d'un rayon lumineux passant de l'air à un bloc de lucite.

[modifier] Diffusion (Réflexion diffuse)

La diffusion, aussi appelée réflexion diffuse, est un phénomène lumineux au cours duquel la lumière est projetée dans toutes les directions à la suite d'un contact avec un obstacle dépoli ou rugueux.

Exemples :

• Tout objet qui n'éclaire pas et qui est visible.
• L'éclairage de la Lune.

[modifier] Dispersion

Schéma de la dispersion de la lumière par un prisme de verre.

La dispersion est un phénomène lumineux au cours duquel la lumière polychromatique (composée de plusieurs couleurs) se décompose en composantes monochromatiques (composées d'une seule couleur) lors de la réfraction de la lumière.

Exemple :

• Arc-en ciel
• Prisme de verre séparant les couleurs

[modifier] Diffraction

Phénomène lumineux lors duquel la lumière est déviée lorsqu'elle pénètre dans un petit orifice ou qu'elle rencontre un obstacle.

Exemples :

• Pointer le rayon d'un laser sur un CD.

[modifier] Absorption

Phénomène lumineux lors duquel l'intensité de la lumière est atténuée lorsque celle-ci frappe ou traverse un obstacle.

Exemples :

• Lunettes fumées
• Filtres optiques

[modifier] Interférence

Phénomène lumineux au cours duquel deux ondes de même fréquence se superposent. Il en résulte d'une alternance de zones éclairées et de zones sombres.

Exemples :

• Lorsque l'on bouge un moustiquaire
• ...

[modifier] Comportement des faisceaux

Un rayon lumineux est une ligne de lumière unidimensionnelle.

Un pinceau lumineux est un ensemble de rayons lumineux regroupés qui s'éloignent très peu les uns des autres, à travers l'espace.

Un faisceau lumineux est un ensemble de rayons lumineux qui s'éloignent les uns des autres. On dit qu'il est divergent.

[modifier] Source étendue

Une source étendue émet de la lumière et a une grandeur non négligeable. De plus, théoriquement, on considère qu'une source étendue émet de la lumière dans toutes les directions.

Exemples:

• Une ampoule
• Le soleil
• Une lampe de poche

[modifier] Source ponctuelle

Une source ponctuelle est une source de lumière si petite (ou lointaine) qu'elle est considérée comme n'étant qu'un point (pas de dimension) dans un schéma. On prétend donc qu'un seul rayon lumineux nous parvient de cette source. Nous utilisons cette appellation pour désigner des sources lumineuses comme les étoiles qui, malgré leur taille réelle qui est énorme, ne nous apparaissent que comme un point lumineux.

[modifier] Sténopé

Le sténopé est un dispositif optique qui peut se résumer comme étant une petite ouverture pratiquée dans la paroi d'une boîte complètement fermée. Le sténopé permet aux rayons lumineux de pénétrer dans la chambre noire et de diffuser sur la paroi opposée au trou pour ainsi créer une image inversée. Cette inversion est due aux croisements des rayons lumineux lorsqu'ils atteignent le trou du sténopé.

La hauteur de la source sur la hauteur de l'image créée dans la chambre noire est égale à la distance entre la source et le sténopé sur la longueur de la chambre noire.

[modifier] Source laser

Une source laser est une source lumineuse qui n'émet que dans une direction. Cela veut dire que les rayons ne sont pas divergents.

[modifier] Ombre et pénombre

[modifier] Ombre

Ce que l'on nomme ombre représente toute surface qu'aucun rayon lumineux n'éclaire.

[modifier] Pénombre

Ce que l'on nomme pénombre représente toute surface ne recevant que l'éclairage ambiant de façon partielle.

[modifier] Éclipse de soleil

L'éclipse de soleil est le moment où la Lune se positionne entre la Terre et le Soleil et qu'elle le cache en partie (éclipse partielle) ou entièrement (éclipse totale).
L'éclipse totale correspond à la zone d'ombre et l'éclipse partielle, aux zones de pénombre.

Schéma d'une éclipse solaire démontrant les zones d'ombre et les zones de pénombre.

[modifier] Éclipse de lune

Lors d'une éclipse lunaire, la Terre se positionne entre la Lune et le Soleil et elle empêche ainsi le rayonnement du Soleil de se rendre jusqu'à la Lune, où il est normalement diffusé.

La Lune peut être totalement cachée par la Terre et donc, être dans l'ombre. Dans ce cas, on dit que l'éclipse lunaire est totale.

La Lune peut également être cachée partiellement et elle constitue alors une zone de pénombre. On dit alors que l'éclipse lunaire est partielle.

Schéma d'une éclipse lunaire démontrant la zone d'ombre et les zones de pénombre.

[modifier] Phases de la lune

Les phases de la Lune sont, en fait, les apparences qu'elle peut avoir, vue de la Terre. Ces apparences sont caractérisées par l'éclairage que la Lune reçoit de la part du Soleil et par la position du lieu d'observation (la planète Terre) par rapport à la Lune.

Exemples de phases lunaires :

• Pleine lune.
• Premier croissant de lune.

[modifier] Relation entre la source, l'obstacle et l'écran

Il y a plusieurs facteurs qui peuvent influencer la netteté d'une ombre (Avec très peu de pénombre) qui peuvent se vérifier à l'aide de schémas et de dessins.

• La grandeur de la source lumineuse: Plus elle est petite, plus l'ombre sera nette.
• La distance entre la source et l'obstacle: Plus elle est grande, plus l'ombre sera nette.
• La distance entre l'obstacle et l'écran: Plus elle est petite, plus l'ombre sera nette.
• La taille de l'obstacle: Plus elle est grande, plus l'ombre sera nette.