Physique-Chimie
L'Optique en 4ème
La notion abordée est celle de la couleur.
Pour consulter le BO, cliquez ici et allez pages 20 et 21.
Un monde coloré
L'élève sait depuis un an que la lumière se propage généralement en ligne droite ; il va maintenant apprendre à la décomposer, c'est-à-dire déterminer quelles lumières la constituent. Pour cela, on va lui expliquer deux procédés.
Il connaît déjà le phénomène de l'arc-en-ciel et, à partir des conditions à réunir pour l'admirer. Il va comprendre que, si la lumière blanche du Soleil et l'observateur sont correctement positionnés par rapport à une goutte d'eau, ce phénomène d'arc-en-ciel sera observable.
En classe, il tâtonnera (les prévisions par des calculs, appelées lois de Descartes, sont étudiées au lycée) et observera le résultat attendu en remplaçant le Soleil par une lampe, la goutte d'eau par un prisme de verre et l'observation se fera sur un papier blanc. Ce sera pour lui l'occasion de reproduire une des expériences historiques de Newton.
L'observation d'un arc-en-ciel étant le résultat à obtenir, l'élève fait volontiers le rapprochement avec ce qui se produit quand on envoie de la lumière sur un CD ou un DVD. En effet, de tels objets sont des morceaux de plastique sur lesquels une infinité de traits (500 par mm par exemple) ont été gravés ( d'où l'expression, « graver » un DVD).
Le nom attribué à ce dispositif est réseau.
Voici un réseau utilisé en classe, ainsi que le résultat obtenu quand on envoie un fin faisceau de lumière blanche sur lui :
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Vient ensuite l'étape de la recomposition de la lumière blanche avec l'expérience du disque de Newton, consistant à faire tourner rapidement un disque composé de secteurs colorés. C'est l’œil qui recompose la lumière blanche.
| Disque immobile | Disque qui tourne rapidement |
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Ces deux expériences historiques de Newton ont l'avantage d'être reproductibles et figurent sur la gravure suivante
En décomposant et recomposant la lumière, l'élève apprend que la lumière blanche est composée des trois lumières colorées primaires rouge, bleue et verte. Il peut donc « fabriquer » d'autres lumières colorées (cyan, magenta, jaune) en les superposant deux à deux (méthode appelée synthèse additive).
Les problèmes de perception des couleurs des daltoniens sont dus à l'absence ou au manque de sensibilité de l'oeil à l'une des trois couleurs primaires.
Il se rend compte également que la couleur d'un objet dépend de celle de la lumière qui l'éclaire, tout en gardant à l'esprit que le cerveau interprète aussi ce qui est vu.
Vous avez sans doute entendu récemment parler de la polémique autour de la couleur de la robe. Et vous? de quelle couleur la voyez-vous?
En effet, les couleurs primaires en optique sont secondaires en arts plastiques et inversement car l'artiste utilise la synthèse soustractive car il retire, à chaque dépôt de peinture, de la luminosité au support utilisé.
Vous pouvez faire quelques tests sur l'animation suivante.
Ces connaissances permettent de mieux appréhender des applications quotidiennes, allant de la peinture au procédé utilisé pour la télévision en passant par les logiciels de retouche photo.
| Synthèse additive | synthèse soustractive |
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Les lentilles
Le deuxième sujet abordé est celui de l'obtention de l'image d'un objet à l'aide de lentilles.
Après avoir appris à distinguer les lentilles convergentes (bombées au centres) des lentilles divergentes (minces au centre), l'élève apprend à utiliser correctement les lentilles convergentes afin d'obtenir l'image d'un objet sur un écran. En le déplaçant derrière la lentille, là où la lumière converge, il observe une image nette.
Le vocabulaire spécifique qui permet de caractériser une lentille et son symbole doivent être maîtrisés : centre optique O, axe optique, foyer de la lentille F, distance focale f.