Vérifier expérimentalement la loi de la réflexion de la lumière.
Mettre en évidence le phénomène de réfraction et relier l’angle de réfraction à l’indice du milieu.
Décomposer la lumière blanche et connaître le spectre visible, les IR et les UV.
Réaliser une synthèse additive des couleurs (RVB).
Socle
Exercice 1 — Lumière et couleurs (6 points)
(2 pts) Vrai ou faux ?
a) La lumière peut se propager dans le vide. V / F
b) La loi de réflexion s'écrit r = i. V / F
c) La lumière blanche est une seule couleur. V / F
d) En synthèse additive, Rouge + Vert + Bleu = Blanc. V / F
(2 pts) Complétez :
En synthèse additive : R + V = ___ R + B = ___ V + B = ___
Les couleurs primaires de la synthèse additive sont : ___, ___, ___
(2 pts) Classez du plus court au plus long en longueur d'onde : vert, rouge, violet.
Quel rayonnement invisible se situe sous le violet : _______________ ?
Quel rayonnement invisible se situe au-delà du rouge : _______________ ?
Violet < Vert < Rouge. Sous le violet : UV (ultraviolets). Au-delà du rouge : IR (infrarouges).
Standard
Exercice 1 — Réflexion, réfraction et applications (8 points)
(2 pts) Un rayon laser frappe un miroir avec un angle d'incidence \(i = 35°\). Quel est l'angle de réflexion \(r\) ? Justifiez par la loi de réflexion.
(2 pts) Un rayon lumineux passe de l'air (n = 1,00) au verre (n = 1,50) avec un angle d'incidence de 45°. Se rapproche-t-il ou s'éloigne-t-il de la normale ? L'angle de réfraction est-il plus grand ou plus petit que 45° ?
(2 pts) Un laser de niveau utilisé sur chantier est de classe 2. Un autre (découpe signalétique) est de classe 4. Quelle est la différence de risque ? La règle absolue de sécurité commune aux deux ?
(2 pts) En atelier de signalétique, le travail se fait sous éclairage blanc (4000 K). Pourquoi est-ce préférable à un éclairage jaune pour choisir les teintes d'encre ?
Correction :
\(r = i = 35°\) (loi de réflexion).
Air → verre : milieu plus réfringent (n plus élevé) → le rayon se rapproche de la normale. L'angle de réfraction est plus petit que 45°.
Classe 2 : réflexe de clignement protège. Classe 4 : dangereux même par réflexion diffuse. Règle commune : ne jamais regarder directement dans le faisceau.
Un éclairage blanc (toutes les longueurs d'onde) restitue fidèlement les couleurs réelles des encres. Un éclairage jaune filtre certaines couleurs et fausse la perception des teintes.
Approfondissement
Exercice 1 — Analyse optique d'un atelier de signalétique (6 points)
Un atelier de signalétique utilise : une imprimante UV (lampe UV 365 nm), une découpeuse laser CO₂ (classe 4, 10 600 nm) et des panneaux LED (synth additive RVB).
(2 pts) La lampe UV émet à 365 nm. Ce rayonnement est-il dans le spectre visible ? Quels sont les dangers spécifiques des UV pour l'opérateur ?
(2 pts) Le laser CO₂ émet à 10 600 nm = 10,6 µm. Ce rayonnement est-il visible ? Quel type de rayonnement est-ce (UV/visible/IR) ? Pourquoi est-il dangereux même si on ne le voit pas ?
(2 pts) Un panneau LED doit afficher la couleur jaune. Quelles LED (R, V, B) doivent être allumées ? La synth additive et la synth soustractive donnent-elles le même résultat pour le jaune ?
Correction :
365 nm < 380 nm : hors du spectre visible (UV). Dangers : brûlures cutanées (coup de soleil accéléré), lésions de la cornée et de la rétine, risque de cancer de la peau avec exposition prolongée.
10 600 nm est dans l'IR (> 780 nm), invisible. Dangereux car le corps humain ne perçoit pas le rayonnement avant que les dommages tissulaires soient causés (brûlures rétiniennes instantanées, brûlures cutanées).
Jaune = Rouge + Vert (allumés) + Bleu (éteint). En synth soustractive (pigments) : le jaune s'obtient en mélangeant du magenta et du cyan. Les résultats sont différents car les principes sont opposés (addition vs soustraction de lumière).
Exercice 2 commun — Laser de niveau sur chantier (6 points)
Un artisan utilise un laser de niveau de classe 2 pour tracer une ligne horizontale sur les murs d'une pièce. Le faisceau rencontre un miroir posé à 45° par rapport au mur.
(2 pts) Calculez l'angle de réflexion si le rayon incident arrive avec un angle \(i = 45°\) par rapport à la normale du miroir.
(2 pts) Le rayon réfléchi est-il dans le plan horizontal ou vertical ? Expliquez l'utilité de cette réflexion pour le chantier.
(2 pts) Citez deux règles de sécurité à respecter avec ce laser de classe 2. Le réflexe de clignement protège-t-il systématiquement ?
Correction :
\(r = i = 45°\).
Le faisceau est dévié à 90° de sa direction initiale (45° + 45° = 90°). Si le faisceau arrive horizontalement, il repart verticalement → utile pour tracer des lignes d'aplomb (vérifications verticales).
Ne jamais regarder directement dans le faisceau / ne jamais pointer vers une personne. Pour la classe 2, le réflexe de clignement protège normalement, mais pas en cas d'exposition volontaire et prolongée.