Les différents domaines de la lumière - Maxicours

Les différents domaines de la lumière

Objectifs
  • Connaitre les domaines qui caractérisent la lumière.
  • Les dangers et les risques d’utilisation de la lumière.
  • Se protéger contre les effets de la lumière.

Niveau préconisé : 4e ou 3e

Points clés
  • La lumière blanche (la lumière du Soleil ou d’une lampe à incandescence) est constituée d’une infinité de lumières colorées allant du violet au rouge sans interruption : c’est le domaine du visible pour l’œil humain.
  • Dans certaines conditions, la lumière blanche peut être décomposée et faire apparaitre les lumières qui la composent. C’est le phénomène de l’arc–en–ciel.
  • En dehors de ce domaine se trouve « l’invisible » pour l’œil humain. Ce sont les infrarouges, les ultraviolets, etc.
  • Les rayons ultraviolets provoquent des dommages (brulures) à la vue et sur la peau.
  • Les infrarouges peuvent eux aussi entrainer une fatigue et des douleurs à l’œil.
  • Il faut alors se protéger. Il convient donc de ne jamais regarder directement un faisceau lumineux sans protection.
1. Le domaine des ondes lumineuses
a. Les ondes lumineuses visibles

Dans le langage courant, la « lumière » exprime « ce que l’Homme peut voir ».

La lumière est généralement associée à des couleurs qui sont celles de l’arc–en–ciel (du violet au rouge). C’est le domaine du visible.

Exemples 
  • La lumière du Soleil ou d'une lampe à incandescence est appelée lumière blanche.
    Lumière dans la forêt
    Lumière d'une lampe de chevet
  • Lorsque la lumière du Soleil est envoyée sur la surface d’un disque compact, de multiples lumières colorées apparaissent. Il se produit le même phénomène lorsqu’il se forme un arc-en-ciel.
    Disque compact
    Arc–en–ciel

La lumière blanche apparait de couleur blanche mais, en réalité, elle n’est pas blanche: elle est constituée d’un ensemble de lumières colorées.

Il est possible de décomposer la lumière blanche à l’aide d’un prisme pour faire apparaitre l’ensemble des lumières qui la composent.

Expérience de décomposition de la lumière blanche :
Lorsqu’on éclaire un prisme avec de la lumière blanche, celle-ci sort du prisme en étant déviée. Elle se décompose en lumières de toutes les couleurs de l’arc-en-ciel.

On en déduit que la lumière blanche est composée de toutes ces lumières et que le prisme a pour effet de les séparer.
Décomposition de la lumière blanche par un prisme
Remarque 
Un arc-en-ciel est le phénomène naturel de la décomposition de la lumière blanche issue du Soleil. La lumière du Soleil éclaire les gouttes d’eau en suspension dans l’air qui décomposent alors la lumière reçue.
Couleurs de l'arc-en-ciel
La lumière blanche est composée d’une infinité de lumières colorées allant du violet au rouge sans interruption.

L’ensemble des lumières colorées qui composent la lumière blanche appartient à un domaine particulier de fréquences.

Le spectre de la lumière blanche (domaine du visible)
b. Les ondes lumineuses invisibles (à l'oeil nu)

La lumière possède aussi des domaines de fréquences d’ondes qui ne sont pas visibles pour l’œil humain.

Il y a le domaine des ultraviolets (U.V.), le domaine des infrarouges (I.R.) mais aussi le domaine des ondes radio, le domaine des rayons X, etc.

Les différents domaines des ondes lumineuses

Dans tous les cas, la vitesse de la lumière est toujours égale à 300 000 km/s.

Remarque 1 
Les lumières lasers sont des sources de lumière qui ne possèdent qu’une seule lumière colorée.
Lorsqu’on remplace la source de lumière blanche par un laser, le prisme dévie ainsi la lumière du laser mais ne la décompose pas.
Remarque 2 
La lumière visible fait donc partie d’un ensemble plus vaste. Cet ensemble se nomme le spectre des rayonnements électromagnétiques, et peut se décomposer comme suit :
  • Les rayons cosmiques, rayons gamma, rayons X : Ces rayons sont très dangereux mais heureusement stoppés par la couche supérieure de l'atmosphère.
  • Les rayons ultraviolets (U.V.) : Ces rayons sont responsables des coups de soleil et du bronzage. Une grande partie de ces rayonnements est arrêtée par la couche d'ozone.
  • Les rayons infrarouges (I.R.) : Ces rayons transportent la chaleur et permettent d'avoir une température stable sur Terre.
  • La lumière visible : C'est le rayonnement visible pour l'œil humain.
2. Se protéger des effets négatifs de la lumière

Certaines sources lumineuses très intenses peuvent être dangereuses pour l’œil.

Les rayons ultraviolets peuvent provoquer de graves lésions de la rétine (membrane placée au fond de l’œil sur laquelle se forment les images).

Les rayons ultraviolets peuvent aussi provoquer des brulures sur la peau.

Heureusement, le corps humain a développé de nombreux moyens de protection contre les sources de lumière (le clignement des yeux par exemple).

Mais les moyens utilisés ne sont pas toujours suffisants, il faut donc se protéger.

  • Il ne faut pas regarder directement dans la direction d’un faisceau lumineux, comme le Soleil par exemple, ou encore certains lasers.
  • Il ne faut pas diriger un faisceau laser vers d’autres personnes.
  • Des lunettes spéciales de protection sont nécessaires.

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