La lumière blanche décomposée par un prisme ou par les gouttes de pluie ; lumière polychromatique ou monochromatique ; les couleurs du spectre et les filtres colorés ; l’infrarouge et l’ultraviolet, invisibles de part et d’autre du visible ; la famille des ondes électromagnétiques, des ondes radio aux rayons gamma ; leurs utilisations, leurs dangers et comment s’en protéger
À propos de cette page
Cinq problèmes : un arc-en-ciel sur le mur du salon à travers un aquarium, la vérification d’un billet de 50 € à la lumière noire, trois examens à l’hôpital (radiographie, IRM, radiothérapie), une journée au ski sur un glacier et les caméras visible et infrarouge qui surveillent une forêt.
5 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».
Résoudre un problème : la méthode
Je lis l’énoncé et je repère la source (blanche ou d’une seule couleur), les filtres, la place dans le spectre ou l’utilisation de l’onde.
Je situe chaque rayonnement dans l’ordre : ondes radio, infrarouge, visible (rouge, orange, jaune, vert, bleu, violet), ultraviolet, rayons X, rayons gamma.
J’applique la règle du cas : dispersion par le prisme, couleurs communes aux filtres, détection de l’infrarouge et de l’ultraviolet, échelle de l’index UV, 10 % de plus par 1 000 m.
J’enchaîne les questions dans l’ordre : un domaine identifié sert à la question suivante (effet, protection).
Je vérifie le sens physique : un filtre n’ajoute jamais de couleur, l’infrarouge chauffe, l’ultraviolet, les X et les gamma abîment l’ADN.
Problème 1 · Un arc-en-ciel sur le mur du salon★★★Facile
Le matin, le Soleil traverse le coin d’un aquarium rempli d’eau et dessine sur le mur blanc du salon une petite bande colorée, du rouge au violet.
1. Le coin de l’aquarium joue le rôle d’un .
L’eau, entre deux vitres qui forment un angle, dévie la lumière comme un prisme.
2. Le phénomène qui sépare les couleurs s’appelle la .
C’est la dispersion : chaque couleur est déviée d’un angle différent.
3. Sur le mur, la couleur voisine du violet est le .
Ordre du spectre : … vert, bleu, violet.
4. On colle sur la vitre un film qui ne laisse passer que le vert et le bleu : nombre de couleurs restant sur le mur :
Il ne reste que le vert et le bleu : 2 couleurs.
5. On ajoute devant ce film un second film qui ne laisse passer que le rouge : sur le mur, il reste
Aucune couleur n’est laissée par les deux films : rien, le mur n’est plus coloré à cet endroit.
Problème 2 · Vérifier un billet à la caisse★★★Facile
Dans une boulangerie, la caissière glisse les billets de 50 € sous une petite lampe à « lumière noire ». Sur un vrai billet, le papier reste sombre, mais de petites fibres incrustées brillent en rouge, en bleu et en vert.
1. La lumière noire émet surtout un rayonnement invisible : l’.
C’est de l’ultraviolet, invisible.
2. Dans le spectre, ce rayonnement se trouve au-delà du .
L’ultraviolet est au-delà du violet.
3. Les fibres qui brillent sous ce rayonnement sont dites .
Elles sont fluorescentes : elles transforment l’UV invisible en lumière visible.
4. La lampe paraît pourtant violette, parce qu’elle émet aussi un peu de lumière .
L’UV ne se voit pas : la lueur violette vient d’un peu de lumière visible émise en plus.
5. Dans la famille des ondes électromagnétiques, le domaine voisin de ce rayonnement, du côté opposé au visible, est celui des .
Ordre : visible, ultraviolet, rayons X.
Problème 3 · Trois examens à l’hôpital★★★Moyen
Jade s’est blessée au genou. Elle passe d’abord une radiographie, puis une IRM, qui fabrique des images du genou avec un gros aimant et des ondes radio. Son grand-père, lui, est soigné par radiothérapie dans le même hôpital.
1. La radiographie utilise des .
Une radiographie utilise des rayons X.
2. Sur le cliché, les os apparaissent clairs parce qu’ils (arrêtent, laissent passer) une grande partie des rayons.
Les os arrêtent une grande partie des rayons X, qui n’atteignent pas le détecteur derrière eux.
3. Des deux examens de Jade, celui qui ne l’expose à aucun rayonnement capable d’abîmer l’ADN est l’.
Les ondes radio de l’IRM ne sont pas ionisantes ; les rayons X le sont.
4. La radiothérapie détruit des cellules cancéreuses avec des rayons X ou des rayons .
Des rayons X ou gamma, dirigés sur la tumeur.
5. Pendant les séances, le personnel quitte la salle de traitement, dont les murs épais sont en (béton, plâtre).
Distance et écran : des murs épais en béton arrêtent ces rayonnements.
Problème 4 · Une journée au ski★★★Moyen
Dans la vallée, à 500 m d’altitude, la météo annonce un index UV de 6. Emma monte skier sur un glacier, à 3 500 m. On admet que l’index augmente de 10 % tous les 1 000 m, par rapport à sa valeur dans la vallée.
1. Index UV sur le glacier :
3 000 m de plus : 30 % ; 6 × 1,3 = 7,8.
2. Arrondi à l’unité, catégorie de risque sur le glacier :
7,8 ≈ 8 : de 8 à 10, risque très élevé.
3. La neige fraîche double presque l’exposition, car elle les UV.
Elle réfléchit les UV : ils arrivent d’en haut et d’en bas.
4. Sur le glacier, Emma prend des lunettes de soleil de la catégorie la plus foncée, qu’on ne porte pas au volant : la catégorie .
La catégorie 4 (norme NF EN ISO 12312-1) est faite pour la très forte lumière de la haute montagne ; elle est trop sombre pour conduire.
5. L’air froid du glacier ne protège pas des coups de soleil : ils sont dus à l’, pas à la chaleur.
C’est l’ultraviolet qui donne les coups de soleil ; il n’a rien à voir avec la température de l’air.
Problème 5 · Les caméras qui surveillent la forêt★★★Difficile
L’été, deux caméras placées en haut d’une tour de guet surveillent une forêt pour repérer les départs de feu : l’une forme ses images avec la lumière visible renvoyée par les arbres et le sol, l’autre avec l’infrarouge. Leurs images sont envoyées sans fil au poste des pompiers.
1. La nuit, l’image de la caméra « visible » est noire : il n’y a plus de lumière du à renvoyer.
Les arbres et le sol ne font que renvoyer la lumière du Soleil : la nuit, il n’y en a plus.
2. La caméra infrarouge forme encore une image la nuit, car tout corps de l’infrarouge.
Tout corps émet de l’infrarouge, de jour comme de nuit.
3. Une souche qui couve, plus chaude que le sol autour, émet d’infrarouge que lui (plus, moins).
Plus un corps est chaud, plus il émet d’infrarouge : la souche ressort sur l’image.
4. Les images arrivent au poste des pompiers par des ondes .
La transmission sans fil se fait par ondes radio.
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