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La Lumière et ses propriétés


La lumière désigne les ondes éléctromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380 nm (violet) à 780 nm (rouge), qu’on appelle « spectre visible » en effet d’autres ondes électromagnétiques existent non visible par l’homme mais bien présente qui ne sont pas compris dans la fourchette [380 ; 780nm] (les rayons gamma, X, ultraviolets, infrarouges, les ondes radios...).

spectre de la lumière visible

 

La lumière est un phénomène qui se propage depuis les sources de lumière, lampes, étoiles, flammes, jusqu'aux récepteurs de lumière, oeil, plaque photographique, caméra vidéo.
Une source de lumière transforme une forme d'énergie qui l'alimente, (électrique, chimique, thermique) en énergie lumineuse. La lumière transporte cette énergie jusqu'au récepteur.


Un récepteur est un système qui transforme l'énergie lumineuse qu'il reçoit en une autre forme d'énergie (électrique, chimique, thermique).

Par exemple, une lampe électrique transforme une partie de l'énergie électrique qu'elle reçoit en énergie lumineuse qui est conduite jusqu'à l’œil humain qui va re traduire ce signal lumineux en signal électrique.

La lumière, comme tout phénomène de déplacement, peut se concevoir comme une onde ou comme un flux de particules (concept du photon). Nous pouvons voir les objets qui nous entourent car ils réfléchissent la lumière vers notre oeil. Et la couleur de ces corps dépend du spectre qu'ils envoient. Si le spectre d'une lumière envoyée par un corps possède plusieurs longueurs d'onde, notre oeil mélange chacune des couleurs et l'on distingue le résultat.                         

Les substances transparentes permettent la propagation de la lumière. La transparence d'une substance dépend de la "couleur" (la longueur d'onde) de la lumière. Aucune matière n’est réellement transparente (excepté le vide). 
La lumière est toujours atténuée lors de la traversée de la substance transparente et parfois diffusée dans d'autres directions. Si le milieu de propagation est homogène, la lumière se propage dans toutes les directions sous forme d'une onde lumineuse sphérique.



Maintenant que ce passe t’il lorsque la lumière rencontre un objet cela dépend de l’objet, s’il est : transparent, il se laisse traversé par la lumière (verre) ; diffusant : la lumière est réémise dans toutes les directions; c'est le cas le plus général. Quelques fois, l'objet absorbe toutes les couleurs et ne diffuse que quelques couleurs particulières ; absorbant la lumière est absorbée par l'objet en question  L'énergie transportée par l'onde lumineuse est transformée en d'autres sortes d'énergie

Vitesse de propagation des ondes lumineuses

Dans le vide, la vitesse de propagation des ondes lumineuses est de c=299 792 458 m/s (soit à peu près 300 000 000 m/s)

Dans un milieu transparent, la vitesse de la lumière dépend de la nature de ce milieu et de la couleur de la lumière. Par exemple elle est de 225 400 000 m/s dans l'eau, 200 000 000 m/s dans le verre.
Elle est toujours plus faible que dans le vide.
Si le mileu n'est pas homogène, (changement de milieu, obstacle..)  il y a un phénoméne de réfraction , qui implique un changement d'indice de réfraction 


Ce sont des propriétés limites; un objet transparent est toujours un peu diffusant et absorbant                                                   
De plus, ces propriétés peuvent dépendre de la couleur de la lumière, de l'angle sous lequel la lumière frappe l'objet etc...               

Lorsque la lumière frappe la surface d’un vitrage, la majeure partie de celle-ci passe à travers le verre. Cependant à chaque interface air verre air une partie de cette lumière est réfléchie et une partie est absorbée en cours de traversée.

Couleur longueur d'onde
dans le vide (en µm)
fréquence
(en 10 13 Hz)
Indice n Vitesse de propagation
(en km/s)
Ultraviolet proche
0,361
83,0
1,539
194 797
Bleu sombre
0,434
69,2
1,528
196 198
Bleu-vert
0,486
61,8
1,523
196 840
Jaune
0,589
51,0
1,517
197 621
Rouge moyen
0,656
45,7
1,514
198 013
Rouge sombre
0,768
39,1
1,511
198 406

Ce tableau nous donne différentes informations sur différentes couleurs perceptibles par l’œil humain, telles que les longueurs d’onde dans le vide, les fréquences (nombre de répétition du mouvement périodique de l’onde), l’indice de réfraction n et enfin la vitesse exacte de propagation de chaque couleur dans le verre

Prenons maintenant l'exemple d'une pomme rouge pour expliquer la transmission de la lumière. La raison pour laquelle on voit cette pomme de couleur rouge est que lorsque la lumière les frappe, la pomme absorbe les couleurs du spectre visible, sauf le rouge.
Les ondes dont la longueur correspond au rouge sont réfléchies et captés par nos yeux. Les autres ondes étant absorbées, elles ne sont pas réfléchie par la pomme et ne sont donc pas captées par nos yeux. Le spectre d'absorption correspond aux longueurs d'ondes qu'un pigment peut absorber.

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Mais que ce passe t'il exactement au niveau de ce pigment qui absorbe le rouge? Quelles sont les phénomènes atomiques de ce transfert ?