le périscope

Centre de développement pédagogique Périscope
periscope_capsule.doc 14/05/12
CAPSULE THÉORIQUE ET PRATIQUE
« À propos de la lumière… »
(Ce document s’adresse à des adultes.)
LE PÉRISCOPE
Novembre 2009

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Le présent document contient de l’information sur la lumière et sur certains sujets
qui s’y rattachent. Il contient également des suggestions pour introduire des
notions de base sur la lumière et ses propriétés.
1) Les sources lumineuses
Les sources primaires fabriquent la lumière qu’elles envoient.
Exemples : Le Soleil, les étoiles, les ampoules, les tubes fluorescents, les
lucioles, etc.
Les sources secondaires ne font que renvoyer la lumière produite par une source
primaire.
Exemples : Un tableau, une planète, une plante, une maison et tous les objets que
nous percevons.
2) La transformation de la lumière
L’œil est un récepteur de lumière relié au cerveau par le nerf optique. C’est le
cerveau qui interprète l’information et la transforme en images. La lumière qui
provient de sources primaires ou secondaires (n’importe quel objet) traverse la
cornée (membrane transparente) et pénètre l’œil par la pupille. Son ouverture est
plus ou moins grande de façon à laisser pénétrer plus ou moins de lumière. Si
l’environnement est sombre, l’ouverture sera plus grande pour permettre à un
maximum de lumière d’entrer.
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Coupe de d’oeil
Légende :
1. La pupille
2. La rétine
3. Le nerf optique
4. L’iris
5. La cornée
6. Le cristallin

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La lumière traverse le cristallin, une lentille biologique qui assure la clarté de l’image
au fond de l’œil. L’image se forme sur la rétine, au fond de l’œil. C’est en quelque
sorte un écran tapissé de cellules réceptrices, les bâtonnets et les cônes. Les
bâtonnets sont sensibles à la luminosité (noir et blanc) et les cônes le sont aux
couleurs. La rétine agit comme un numériseur et transforme l’image en influx
nerveux. L’image est ensuite transmise au cerveau par le nerf optique. Le cerveau
l’interprète, ce qui nous permet de voir.
3) La composition et le déplacement de la lumière
Il est difficile de définir la lumière de façon simple. On dit qu’elle a une double
nature. Elle est formée de particules d’énergie dépourvues de masse : les photons.
On dit également que la lumière est une onde électromagnétique qui se déplace dans
le vide et dans la matière comme l’air, l’eau et le verre.
La lumière se déplace en ligne droite dans toutes les directions autour de cette
ligne. Voici une façon simple de le démontrer.
1) On place une source lumineuse, une chandelle ou une petite ampoule, en avant de la
classe.
2) Chaque élève fixe trois aiguilles dans trois socles de plasticine de façon à cacher
la source lumineuse de sa vue. Chacune et chacun devra se baisser au niveau de son
pupitre.
3) Dans cette série de trois, chaque aiguille cache la précédente.
4) Chaque élève note que peu importe le point de vue initial de la source lumineuse,
leurs trois aiguilles seront disposées en ligne droite. (Voir le schéma de la page
suivante.)
Conclusion : La lumière voyage en ligne droite dans un milieu homogène.
oeil

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Vue de dessus
4) La réflexion de la lumière
Loi de Snell-Descartes sur la réflexion
Le rayon lumineux est dit incident avant qu’il ne rencontre la surface réfléchissante; il est
dit réfléchi, après.
Le point de rencontre du rayon incident et de la surface réfléchissante est appelé point
d'incidence.
La droite perpendiculaire à la surface réfléchissante au point d'incidence est appelée
normale (à la surface réfléchissante).
L'angle orienté θ1 pris entre la normale au point d'incidence et le rayon incident est dit
angle d'incidence.
L'angle orienté θ2 pris entre la normale au point d'incidence et le rayon réfléchi est dit
angle de réflexion.
Lois sur la réflexion
Première loi sur la réflexion
Le rayon incident, le rayon réfléchi et la normale se situent dans un même plan.
Aiguilles
Source
lumineuse

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Deuxième loi sur la réflexion
L'angle d'incidence est égal à l'angle de réflexion.
θ2 = - θ1
Schéma de principe de la loi sur la réflexion : les faisceaux incidents et réfléchis forment, avec la normale,
deux angles de même mesure dans des directions opposées.
Texte et schéma tirés de Wikipédia
http://fr.wikipedia.org/wiki/Lois_de_Snell-Descartes
Un objet éclairé (source primaire ou secondaire) peut être vu parce que la lumière
qui s’en dégage se propage et est réfléchie par le miroir. On perçoit une image
symétrique de l’objet. En optique, on qualifie cette image de « virtuelle ». L’angle du
rayon réfléchi sur le miroir est égal à celui du rayon qui arrive sur ce miroir.
5) La réfraction de la lumière
Qu’arrive-t-il si la trajectoire de la lumière (l’objet) change de milieu?
La trajectoire est toujours une ligne droite, mais on note un changement de
direction d’un milieu à l’autre. On parle alors de RÉFRACTION de la lumière. C’est le
phénomène qui se produit lorsqu’un bâton nous semble tordu dans l’eau.
Informations complémentaires sur le site LA LUMIÈRE : RÉFLEXION ET RÉFRACTION, à
l’adresse :
http://salledessciences.crihan.fr/index.php?option=com_content&task=view&id=23&Itemid=61