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Physique-Chimie 1re

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34
L’expérience de Newton

RAI/ANA : Construire un raisonnement

L’expérience de Newton


Isaac Newton, physicien anglais, a mené en 1666 une expérience sur la lumière du Soleil qui a révolutionné la vision de l’optique.
Pour cela, il a fait un petit trou dans son volet afin qu’un fin faisceau lumineux s’en échappe. Il a placé un prisme de verre (milieu dit dispersif) sur le trajet de la lumière. Il a obtenu sur un écran un arc-en-ciel allant du rouge au bleu et composé de toutes les couleurs.

1. Rappeler les trois couleurs primaires de la lumière.


2. Que montre Newton par cette expérience ?


3. Comment est-il possible d’obtenir toutes les couleurs de l’arc-en-ciel à partir de ces trois couleurs ?


4. Comment Newton peut-il faire pour isoler une seule couleur de cet arc-en-ciel (ou un ensemble de couleurs proches) ?


5. Que se passe-t-il si on met un prisme devant une lumière rouge ? et devant une lumière cyan ?


6. Si Newton avait utilisé un écran cyan, qu’aurait-il vu suite à son expérience ?
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35
Des verres au restaurant

RAI/ANA : Utiliser des observations pour répondre à une problématique

Au restaurant, Alice et Nassim observent sur la table les verres encore vides placés devant eux. Les verres à eau sont de couleur verte, ceux à vin sont transparents et incolores. La lumière ambiante de la pièce est blanche.

Des verres au restaurant


1. Pour chacun des verres, quelle est la couleur de la lumière absorbée, transmise et diffusée ?


2. Faire un schéma de la situation en décomposant la lumière blanche à l’aide des trois couleurs primaires de la synthèse additive perçues par l’œil.
Couleurs
Formes
Dessinez ici


3. De quelle couleur apparaît le verre à eau d’Alice rempli d’un sirop de grenadine de couleur rouge ?


4. De quelle couleur apparaît le verre à eau de Nassim rempli d’un sirop de citron (jaune) ?
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38
Trouver une image

MATH : Effectuer un calcul littéral

On possède une lentille de distance focale f=f^{\prime}= 15. L’objet observé est un texte dont l’écriture a une hauteur de 2 mm. Cet objet est positionné à 5 cm de la lentille.

1. Trouver la position de l’image par rapport à la lentille.


2. Cette image est-elle réelle ou virtuelle ? Justifier.


3. Donner les caractéristiques de l’image (plus grande ou plus petite que l’objet, droite ou renversée).


4. Quel est le rôle de cette lentille ? Comment appelle-t-on ce genre d’instrument optique ?
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37
ESPRIT SCIENTIFIQUE

L’arc-en-ciel

RAI/ANA : Utiliser des observations pour répondre à une problématique

L’arc-en-ciel, obtenu par temps de pluie et avec le Soleil dans le dos, semble être composé de toutes les couleurs. Cependant, en y regardant de plus près, on n'observe pas de marron ni de rose.

Un arc-en-ciel


Dans le tableau ci-dessous sont indiqués les pourcentages de lumières colorées primaires à ajouter pour obtenir d’autres couleurs. La lumière provenant du Soleil est une lumière supposée blanche.

 
Rouge
Vert
Bleu
Marron
35
16
0
Rose
99 42 62
Blanc
100 100 100
Noir
0 0 0


1. À partir de quelles couleurs pourrait-on modéliser la lumière blanche ? Quels seraient les pourcentages de présence de chacune ?


2. Donner les pourcentages de chacune des couleurs primaires pour obtenir du jaune, du cyan et du magenta.


3. Expliquer pourquoi, à partir de la lumière du Soleil, il est impossible d’obtenir une couleur marron dans un arc-en-ciel.


4. Même question pour la couleur rose.
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36
La lunette de Kepler

APP : Extraire l’information

La lunette de Kepler


Johannes Kepler a mis au point, au début du XVIIe siècle, une lunette astronomique capable d’observer des objets très éloignés (dans l’espace par exemple) de manière assez précise car le grossissement était important.
Sa lunette utilise deux lentilles convergentes : une première de grand diamètre (pour accueillir le maximum de lumière), c’est l’objectif, et une de petit diamètre et de distance focale très courte, c’est l’oculaire.
Pour avoir une telle lunette, il est important que le point focal image de l’objectif coïncide avec le point focal objet de l’oculaire comme sur le schéma.

Schéma lunette de Kepler


1. Pour l’objectif, l’objet est-il réel ? et l’image ?


2. Pour l’oculaire, l’objet est-il réel ? et l’image ?


3. Déterminer tan(α)\tan (\alpha) en fonction de A1B1\mathrm{A}_{1} \mathrm{B}_{1} et de f1f_{1}^{\prime} et tan(α)\tan (\alpha^{\prime}) en fonction de A1B1\mathrm{A}_{1} \mathrm{B}_{1} et de f2.f_{2}^{\prime}.

Le grossissement d’une lunette astronomique est défini par G=ααG=\dfrac{\alpha^{\prime}}{\alpha} en supposant que α\alpha et α\alpha^{\prime} sont très petits et que donc αtan(α)\alpha \simeq \tan (\alpha) et αtan(α).\alpha^{\prime} \simeq \tan (\alpha^{\prime}).

4. Déterminer le grossissement de cette lunette astronomique.

Matériel à disposition :

  • Banc d’optique gradué en cm ;
  • Une source de lumière blanche ;
  • Un objet AB ;
  • Les deux lentilles dont on cherche la distance focale ;
  • Un écran ;
  • Un logiciel de traitement de données.

HISTOIRE DES SCIENCES

Johannes Kepler (1571-1630) est un astrophysicien qui a notamment étudié et observé les orbites des planètes. Pour cela, il a mis au point une lunette astronomique permettant d’observer avec une plus grande précision les planètes qui nous entourent. Il a ensuite développé une théorie mathématique associée à ces mouvements d’astres : ce sont les lois de Kepler. Elles sont au nombre de trois et n’ont jamais été mises en défaut jusqu’à aujourd’hui.

HISTOIRE DES SCIENCES

Telescope de Newton

Isaac Newton (1642-1727) était un scientifique britannique à la fois physicien, mathématicien et astronome. Il contribua aux recherches sur l’optique par l’étude des couleurs et par le développement de lunettes astronomiques. Ses découvertes firent avancer ce domaine de façon spectaculaire.
Il a également développé la théorie de la gravitation. Plusieurs lois portent son nom en son hommage. Ses théories ont été améliorées depuis leur énoncé mais les fondements posés par Newton sont encore aujourd’hui, trois siècles plus tard, à la base des théories scientifiques actuelles.
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33
Des lentilles perdues

REA : Mettre en oeuvre un protocole

Dans un laboratoire de physique, les enseignants rangent les lentilles convergentes afin de faire l’inventaire. Sur chaque lentille est notée la distance focale, il est donc facile de les regrouper. Cependant, deux lentilles ont leur inscription de distance focale effacée.

Des lentilles perdues


Retrouver la distance focale de ces lentilles en utilisant le matériel qui n’a pas encore été rangé et qui est indiqué ci-dessous. Proposer un protocole expérimental et expliquer comment trouver la distance focale des deux lentilles.
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