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Renseignements de base sur la lumière

Renseignements de base sur la lumière

Voici quelques questions qui reviennent souvent à propos de la lumière et des lentilles.

Quelle est l'importance de notre sens de la vue?

Nous avons cinq sens principaux : la vue, l'ouïe, le goût, le toucher et l'odorat. Environ 75 % de l'information que l'être humain reçoit de son environnement provient de la vue, ce qui en fait le plus important des cinq sens.

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De quoi avons-nous besoin pour voir?

Nous avons besoin de LUMIÈRE pour voir.

Nous avons besoin des YEUX pour voir, et de récepteurs optiques appelés bâtonnets et cônes.

Afin de décoder ce que nous voyons, nous avons besoin d'un CERVEAU.

Le nerf optique, situé au fond de l'œil, est relié au système nerveux central dans le cerveau. Le cerveau reçoit des impulsions électriques de nos yeux, qui sont interprétées comme la vue, mais le cerveau ajoute deux autres éléments à l'image formée par les yeux : la mémoire et l'interprétation. Un nouveau-né ne peut identifier les objets qui se trouvent dans son environnement, mais avec le temps, il accumule de l'information et apprend à reconnaître les objets familiers et les personnes. Le cerveau peut être vu comme un classeur géant qui recueille et classe l'information qui lui est transmise par les yeux et l'emmagasine en mémoire. Lorsque nous voyons un objet familier, comme une chaise, nous nous servons de nos yeux, de notre mémoire et de notre imagination pour interpréter l'information ayant trait à sa structure et à sa fonction.

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Qu'est-ce que la lumière?

Le SoleilLa lumière est une forme d'énergie rayonnante. Nous ne voyons qu'une petite partie de ce que l'on appelle le « spectre électromagnétique ». Si l'on tient une loupe devant les rayons du soleil et si on les concentre sur une feuille de papier, il est possible de percer un trou dans la feuille. Cette énergie calorifique ne provient pas de la loupe. Elle est issue du Soleil et elle contient non seulement de la lumière visible, mais aussi de l'énergie provenant de l'ultraviolet et de l'infrarouge.

 

 

 

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Quelles sont les sources courantes de lumière?

lampe de pocheParmi ce qui suit, nommez les sources de lumière?

Le Soleil, les étoiles, le feu, une bougie, la Lune, une ampoule électrique, une lampe de poche, un miroirUne chandelle (feu)

Vous avez raison si vous avez dit le Soleil, les étoiles, le feu, une bougie, une ampoule et une lampe de poche. La Lune et les miroirs se contentent de réfléchir la lumière. Certaines de ces sources sont naturelles et d'autres, comme l'ampoule et la lampe de poche, sont artificielles, créant de la lumière grâce à l'électricité.

Saviez-vous que la lumière met environ huit minutes pour parcourir la distance entre le Soleil et la Terre? La lumière réfléchie par la Lune prend environ une seconde et quart pour atteindre la Terre. La lumière voyage à une vitesse d'un peu moins de 300 000 kilomètres à la seconde.

 

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Comment voyons-nous?

Nous voyons à l'aide de la lumière directe et indirecte. Si vous éteignez la lumière dans une pièce sans fenêtre, vous ne pourrez rien voir. Nous voyons un objet parce que la lumière provenant de la source lumineuse s'y réfléchit et se reflète dans nos yeux.

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Comment la lumière se réfléchit-elle?

L'angle dans lequel un rayon lumineux arrive à la surface d'un corps poli détermine l'angle dans lequel il va la quitter. Toutes les surfaces réfléchissent la lumière jusqu'à un certain point.


L'angle d'incidence (rayon incident) est égal à l'angle de réflexion (rayon réfléchi).

Faites l'expérience suivante dans une pièce sombre à l'aide d'une lampe de poche et d'un miroir.

Vous avez probablement entendu parler des fibres optiques. Il s'agit de fins tubes de plastique ou de verre transparents qui peuvent transporter des messages téléphoniques et d'autres types d'information. Dans les applications de la fibre optique, le message est transformé en un rayon lumineux qui se propage d'une extrémité à l'autre d'un tube de plastique ou de verre transparent. Cette opération peut se faire même si le tube est incurvé. Le tube transparent comporte deux couches; la lumière voyage dans la couche interne et elle se réfléchit de l'intérieur sur la deuxième couche, la couche externe. Il y a une très faible perte de lumière par les surfaces latérales du tube parce que le degré de réflexion interne total du tube est élevé. Près de 100 % du faisceau est réfléchi. C'est de cette façon que la lumière voyage dans le tube. À l'extrémité d'arrivée du tube, la lumière reprend la forme du message vocal ou de l'information initiale.


Rayon lumineux voyageant le long d'une fibre optique

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Comment fonctionne un périscope?

périscope Les périscopes utilisent des miroirs (ou des prismes de verre à 45 degrés) pour permettre à la lumière de franchir les obstacles que sont les angles. Dans un périscope simple, 2 miroirs plats réfléchissent chacun la lumière (habituellement à 90 degrés), ce qui permet à la personne qui observe de voir par-dessus les murs, au-delà des angles et par-dessus la tête des gens dans une foule. Les périscopes sont particulièrement importants dans les sous-marins parce qu'ils permettent à l'équipage de voir des objets qui se trouvent à la surface et même au-dessus de la surface de l'eau.

 

 

  

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Peut-on faire « dévier » la lumière?

La lumière se propage toujours en ligne droite, mais il est possible d'utiliser des lentilles convexes ou concaves pour en modifier la direction. Une lentille est un morceau de verre ou de plastique que l'on a passé à la meule et poli afin de lui donner une certaine courbure. La lumière change de direction lorsqu'elle pénètre dans une autre substance ou un milieu de densité différente. Même si les rayons lumineux changent de direction, ils continuent de se propager en ligne droite. Cette déviation de la lumière est appelée réfraction. Même la lumière provenant du Soleil ou d'une étoile et qui traverse l'atmosphère est déviée ou réfractée, particulièrement lorsque l'objet se trouve bas sur la ligne d'horizon.

La lumière se propage dans l'air à une vitesse de près de 300 000 kilomètres par seconde, mais elle ralentit légèrement lorsqu'elle pénètre dans un milieu plus dense comme le verre. Lorsqu'elle quitte le verre, elle reprend de la vitesse. Plus l'angle dans lequel un rayon lumineux pénètre ou quitte le nouveau milieu est prononcé, plus le rayon lumineux est dévié ou réfracté.

Le foyer (réel ou imaginaire) est le point où les rayons convergent pour produire une image de l'objet source des rayons lumineux ou qui les réfléchit.

Les lunettes, les jumelles, les lunettes astronomiques et les microscopes reposent tous sur le principe de la déviation de la lumière à l'aide de lentilles. Diverses lentilles peuvent être combinées pour faire paraître les choses plus grosses, comme avec un microscope, ou pour les faire paraître plus proches, comme avec un télescope.

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Le microscope

Les microscopes sont devenus des instruments très importants, particulièrement dans les domaines de la biologie et de la médecine. Les microscopes modernes utilisent un assemblage de lentilles convexes pour que des objets situés tout près paraissent encore plus grands. Ces objectifs et oculaires sont faits de plusieurs éléments de lentilles, chacun ayant une densité différente afin de contrôler la netteté et la couleur et d'obtenir la meilleure image possible.

Certains microscopes optiques peuvent grossir un objet des centaines de fois.

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Le télescope

Les télescopes sont devenus très importants dans l'exploration de l'espace. Ils comportent à la fois des miroirs et des lentilles pour produire des images rapprochées d'objets éloignés comme les étoiles et les planètes. Dans le télescope, le premier miroir, ou miroir principal, est concave; c'est également le plus grand. Plus il est grand, mieux c'est, parce que plus sa taille augmente, plus la quantité de lumière qui y pénètre est importante. télescope

En fait, un télescope est un gros « réservoir à lumière ». Le miroir principal réfléchit la lumière incidente vers un foyer. À partir de ce « foyer principal », un autre miroir (plat ou incurvé) réfléchit la lumière vers un point plus commode où placer l'œil ou fixer un instrument, comme un appareil photo - habituellement à l'arrière ou sur le côté de la cage du télescope.

Les lunettes astronomiques ont de grandes lentilles qui dévient ou réfractent la lumière vers un foyer. Ces appareils sont toutefois beaucoup plus difficiles et coûteux à construire et ne peuvent mesurer plus de 1 mètre de diamètre. En revanche, les plus grands télescopes mesurent aujourd'hui 10 mètres de diamètre.

Le télescope du Musée

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Le spectre

La lumière est la seule source de couleurs de notre univers. La lumière blanche est un mélange de toutes les couleurs. Lorsqu'elle traverse un prisme, elle se décompose en un spectre, les sept couleurs perceptibles de l'arc-en-ciel : rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet. Chaque couleur possède sa propre longueur d'onde et sa propre énergie. À une extrémité du spectre, le violet a la plus courte longueur d'onde (le plus d'énergie), tandis qu'à l'autre extrémité, le rouge possède la plus longue longueur d'onde (le moins d'énergie).

Lorsque la lumière blanche traverse le verre d'un prisme, celui-ci fait dévier les diverses longueurs d'onde de la lumière, chacune à un degré différent. Le violet diffracte le plus, le rouge le moins, et les autres couleurs s'insèrent entre les deux. La lumière émerge du prisme décomposée en un spectre, toutes les couleurs de l'arc-en-ciel côte à côte. Nous ne voyons qu'une petite partie du spectre électromagnétique. Les mouches peuvent voir dans la bande de l'ultraviolet - au-delà du violet. Grâce à des dispositifs électroniques, nous pouvons maintenant détecter la plus grande partie du spectre électromagnétique.

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Pourquoi une pomme rouge est-elle rouge?

pomme rougeLorsque la lumière blanche éclaire une pomme rouge, la pelure de la pomme en absorbe toutes les couleurs, sauf le rouge. La lumière rouge est réfléchie vers nos yeux et nous voyons la pomme en rouge. Nous voyons un objet blanc en blanc parce qu'il en réfléchit toutes les couleurs vers nos yeux. Un objet qui semble noir a absorbé toutes les couleurs de la lumière blanche et ne réfléchit plus rien vers nos yeux.

Si l'on place une chemise noire et une chemise blanche côte à côte dehors, en pleine lumière, laquelle deviendra chaude le plus rapidement? La noire, parce qu'elle absorbe toute la lumière blanche en provenance du Soleil, et étant donné que la lumière est de l'énergie, la chemise deviendra plus chaude.

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Qu'est-ce que l'infrarouge?

Le rayonnement infrarouge a des longueurs d'onde plus grandes que la lumière rouge, et même si on ne peut pas le voir, on peut néanmoins le sentir comme un rayonnement thermique. La chaleur que nous sentons venir du Soleil provient principalement du rayonnement infrarouge. Les anciennes télécommandes accompagnant les téléviseurs faisaient appel au rayonnement infrarouge. Le rayonnement infrarouge se comporte tout comme la lumière. Si vous avez une de ces anciennes télécommandes, essayez de faire réfléchir le signal de commande à distance destiné à la télé sur un miroir pour l'allumer. Est-ce que ça a marché?

(Comment savoir si l'on possède une télécommande à infrarouge? Si la télécommande ne fonctionne que lorsque vous la pointez directement sur la télé, sur le lecteur de DC ou sur le magnétoscope, il s'agit probablement d'un dispositif à infrarouge.)

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Qu'est-ce que l'ultraviolet?

À l'autre extrémité du spectre, à l'opposé de l'infrarouge, on trouve l'ultraviolet, dont la longueur d'onde est juste un peu plus courte que celle du violet. L'ultraviolet nous vient du Soleil sous la forme de rayons invisibles. Les bulletins météorologiques nous donnent désormais des avertissements concernant l'intensité des rayons ultraviolets. Il faut toujours porter un écran solaire pour se protéger la peau lorsque l'on prévoit rester à l'extérieur.

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Qu'est-ce qu'une illusion d'optique?

Il arrive parfois que le cerveau soit trompé par une information que lui transmettent les yeux. Les illusions d'optique résultent des différences qui se produisent entre nos perceptions ou nos attentes et l'image que l'œil voit. La perception est une combinaison de la vue avec la mémoire et l'imagination. Cela veut dire que l'on comprend la signification des images vues par l'œil et transmises au cerveau. Par exemple, si vous voyiez un train se dirigeant à toute vitesse dans votre direction, mais que vous n'ayez pas appris à vous écarter du chemin, il y a de fortes chances pour que vous vous fassiez écraser!

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