word - Physique
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Thème 1 : Observer Chapitre 4 TP cours – Transmission, absorption, diffusion de la lumière et perception des couleurs Objectifs du TP : Comprendre les notions d'absorption, transmission et diffusion d'une onde électromagnétique Comprendre la notion de synthèse additive et de synthèse soustractive des couleurs Faire le lien entre absorption de certaines longueurs d'onde et couleur d'une solution I - Vision des couleurs et synthèse additive Chaque pixel d'un écran d'ordinateur est en fait constitué de trois spots de lumière rouge, verte et bleue. Ces trois spots permettent de restituer les couleurs du spectre visible. 1. Réaliser l'expérience décrite ci-dessous. Expérience 1 Objectif : Comprendre comment à partir de 3 sources lumineuses de couleurs verte, rouge et bleue, on peut reconstituer d'autres couleurs. Protocole : 1. Superposer la lumière émise par différentes sources de lumières colorées (rouge, bleue ou verte) sur un écran 2. Consigner les résultats dans le tableau ci-dessous Observations : Bleue Superposition Rouge Verte Bleue Rouge des lumières colorées Verte Bleue Rouge Verte Couleur obtenue 1. A l'aide du document 1 ci-dessous expliquer pourquoi lorsqu'on superpose une lumière bleue et d'une lumière rouge on voit du magenta. Document 1 : Cellules photosensibles de l'œil humain La rétine d’un œil humain est tapissée par des cellules photosensibles. Ces cellules vont permettre de convertir le signal lumineux reçu par l’œil en signal électrique transmis au cerveau. On distingue deux catégories de cellules photosensibles : Les cônes, utilisés pour la vision diurne et la perception de la couleur. Les bâtonnets, utilisés pour la vision crépusculaire et nocturne en noir et blanc. On compte environ 5 à 7 millions de cônes et 120 millions de bâtonnets. Les cônes sont concentrés sans la partie centrale de la rétine. Il existe trois types de cônes, chaque type se distinguant par le domaine de longueur d’onde auquel il est sensible. Les cônes bleus ont une sensibilité maximale dans le bleu (pour une longueur d’onde aux alentours de 430 nm). Les cônes verts ont une sensibilité maximale dans le vert (pour une longueur d’onde aux alentours de 530 nm). Les cônes rouges ont une sensibilité maximale dans le jaune (oui oui, vous avez bien lu, dans le jaune, pour une longueur d’onde aux alentours de 565 nm). La perception des couleurs résulte de l’activation plus ou moins prononcée des différents cônes. Lorsque la rétine reçoit une lumière jaune, les cônes sensibles au rouge et au vert sont excités. Le cerveau décode alors les informations qui lui parviennent, et crée chez l’observateur une impression de jaune. Si les cônes rouges sont plus stimulés que les verts, l’œil perçoit de l’orange. Figure 1 : Responsivité (≈ sensibilité de la détection) des différents types de cônes en fonction de la longueur d'onde (en nm) Le daltonisme est une anomalie de la perception des couleurs due à l’absence ou au dysfonctionnement d’un ou de plusieurs types cônes. Il existe plusieurs formes de daltonisme. La plus fréquente a pour symptôme la confusion du vert et du rouge. C’est le cas chez les personnes atteintes de deutéranopie qui n’ont pas de cône vert. Les autres formes de daltonisme sont nettement plus rares, comme la confusion du bleu et du jaune ou encore la déficience totale de la perception des couleurs (achromatopsie), où le sujet ne perçoit que des nuances de gris. Lorsqu'à partir des lumières rouge, bleue et verte ont obtient une autre couleur du spectre visible, on parle synthèse additive des couleurs. Bleu rouge et vert sont appelées les couleurs primaires de la synthèse additive des couleurs. Deux couleurs sont dites complémentaires pour la synthèse additive si la superposition de leurs lumières à la même intensité donne le blanc. 2. Donner la couleur complémentaire pour la synthèse additive : - du rouge : - du bleu : - du vert : Chaque pixel d'un écran d'ordinateur est constitué de trois spots de lumière rouge, verte et bleue. Ces trois spots permettent de restituer les couleurs du spectre visible. 3. En s'aidant du document 1 et de la simulation sur la synthèse additive disponible sur physique-chimix.fr > thème 1 - Chapitre 4 : Vision et couleurs > Animation sur la synthèse additive et soustractive des couleurs (simulation à gauche de l'écran), expliquer comment un pixel d'un écran d'ordinateur ou de smartphone permet de restituer toutes les couleurs visibles par l'homme. II - Couleur d'une solution colorée Expérience : Spectre d'absorbance d'une solution du permanganate de potassium (K+ + MnO4-) réalisé avec un spectrophotomètre Matériel à disposition : Spectrophotomètre USB + ordinateur + cuve, solution de permanganate de potassium 10-3mol.L-1 En vous aidant de la notice, réaliser le spectre d'absorption de la solution de permanganate de potassium. 4. Reproduire le spectre obtenu sur cette feuille. Préciser sur le graphique les grandeurs en abscisses et en ordonnées. Graduer l'axe des longueurs d'onde en vous restreignant au domaine des radiations visibles. 5. 6. Commenter l'allure générale de la courbe en précisant pour quelle longueur d'onde l'absorption est maximale. Expliquer le lien entre le spectre d'absorbance et la couleur de la solution. Expérience : Spectre d'absorption d'une solution de sulfate de cuivre (Cu2+ + SO42-) 7. Réaliser le spectre d'absorption de la solution de sulfate de cuivre (Cu2+ + SO42-) puis reproduire l'allure du spectre ci-dessous. 8. Commenter l'allure générale de la courbe en précisant pour quelle longueur d'onde l'absorption est maximale. 9. Expliquer le lien entre le spectre d'absorbance de la solution et la couleur de la solution. Bilan : Dans une solution colorée, la présence de certaines espèces chimiques responsables de la coloration de la solution a pour conséquence que certaines radiations du spectre électromagnétique sont . Celles qui ne sont pas sont . Un filtre coloré se comporte comme une solution colorée, c'est à dire qu'il certaines radiations. Expérience : Spectre d'absorbance d'un sirop de menthe réalisé avec un spectrophotomètre Matériel à disposition : Spectrophotomètre USB + ordinateur + cuve, solution de sirop de menthe 10. Réaliser le spectre d'absorbance de la solution de sirop de menthe puis reproduire l'allure du spectre obtenu. Commentaire sur l'allure de la courbe : 11. Expliquer le lien entre le spectre d'absorbance de la solution et la couleur de la solution. 12. Le sirop de menthe contient deux types de colorants : du jaune de tartrazine et du bleu patenté. Associer l'absorption de certaines radiations à chaque type de colorant. 13. Si on mélange une solution contenant un colorant cyan avec une solution contenant un colorant magenta, quelle radiations du spectre visibles seront absorbées par la solution ? 14. Indiquer quelle sera alors la couleur du mélange décrit à la question précédente éclairé en lumière blanche pour un observateur. En utilisant plusieurs filtres colorés (ou plusieurs solutions colorées) placés sur le trajet d'un faisceau de lumière blanche, on peut obtenir toutes les couleurs du spectre. Comme certaines radiations sont , on "retire" de la lumière du spectre et on parle de synthèse soustractive des couleurs. Les couleurs primaires de la synthèse soustractive sont le jaune, le cyan et le magenta. Si une solution paraît jaune, c'est qu'elle absorbe les radiations Si une solution paraît magenta, c'est qu'elle absorbe les radiations Si une solution paraît cyan, c'est qu'elle absorbe les radiations Deux couleurs sont complémentaires pour la synthèse soustractive des couleurs si la superposition de deux filtres ou de deux matières colorées de ces couleurs donnent du noir. 15. Donner la couleur complémentaire pour la synthèse soustractive : - du jaune : - du magenta : - du cyan : III - Couleur d'un objet opaque La couleur d'un objet opaque est due aux radiations diffusées par la surface de l'objet. On parle de diffusion lorsqu'une onde (en l'occurrence ici, une onde électromagnétique) est renvoyée dans plusieurs directions. Si l'objet est opaque, les radiations qui ne sont pas diffusées sont absorbées. On éclaire un poivron vert en lumière blanche. 16. Indiquer quelles sont les radiations absorbées par le poivron et celles qui sont diffusées. On éclaire l'objet en lumière rouge. 17. Indiquer de quel couleur apparaîtra (théoriquement) à un observateur le poivron vert éclairé en lumière rouge. Justifier la réponse. On éclaire un ballon bleu en lumière blanche 18. Indiquer quelles sont les radiations absorbées par le ballon et celles qui sont diffusées. On éclaire l'objet en lumière rouge. 19. Indiquer de quel couleur apparaîtra (théoriquement) à un observateur le ballon éclairé en lumière rouge. Justifier la réponse. 20. On place à présent un filtre cyan sur le trajet de la lumière blanche. Indiquer de quel couleur apparaîtra (théoriquement) à un observateur le ballon éclairé en lumière cyan. Justifier la réponse. Pour vérifier vos réponses, vous pouvez vous rendre sur physique-chimix.fr > Première S > Vision et couleurs > Animations : Animation sur la couleur des objets. Ex du livre : 4 - 10 - 14 - 15 - 17 - 22 - 27 p 38 à 42
