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Version du 27 avril 2020 à 14:14
Comment profiter d'un arc-en-ciel dans une chambre... avec juste de l'eau et de la lumière ?
Difficulté
Facile
Durée
5 minute(s)
Disciplines scientifiques
Science de la terre, Optique, Physique
- Matériel et outils
Eau 
L'eau est une substance essentielle à la vie. Transparente, sans goût et sans odeur, on la consomme le plus souvent dans son état liquide.
Bassine 
Une bassine est un récipient ouvert et plus large que haut, pouvant comporter des poignées. Elles sont généralement en tôle galvanisée ou en matière plastique.
La bassine est un accessoire ménager très prisé dans les pays en voie de développement, où elle trouve de multiples usages, principalement alimentaire et pour le linge. Elle sert ainsi de récipient pour collecter et nettoyer de la nourriture (coquillages, légumes, etc.) ; elle permet de transporter le linge sale entre le domicile et le lavoir, avant de le ramener pour le faire sécher.
Le principal lieu de production des bassines est l'Asie du sud-est. Miroir 
Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme par réflexion et qui est conçu à cet effet. C'est souvent une couche métallique fine, qui, pour être protégée, est placée sous une plaque de verre pour les miroirs domestiques (les miroirs utilisés dans les instruments d'optiques comportent la face métallique au-dessus, le verre n'étant qu'un support de qualité mécanique stable).
En termes de miroiterie, le miroir est une glace de petit volume, c'est-à-dire de petites dimensions.
Feuille papier 80g 
Feuille de papier type imprimante 80g
Étape 1 - Réunir le matériel
- Bassine remplie à moitié avec de l'eau
- Un miroir (tu vas mettre dans l'eau)
- Feuille de papier blanche
Étape 2 - Préparer l'expérience
Plonge le miroir dans la bassine remplie à moitié d'eau. Place le miroir de biais afin qu'une partie soit dans l'eau.
Étape 3 - Réaliser la manipulation
Positionne la bassine de sorte que les rayons du soleil arrivent sur le miroir, en surtout sur la partie immergée (celle qui est dans l'eau).
Maintenant, positionne la feuille blanche à de sorte à capter le reflet de la lumière: que peux-tu observer ?
Comment ça marche ?
Observations : que voit-on ?
Un arc-en-ciel apparaît sur la feuille blanche!
On voit bien la décomposition de la couleur blanche de la lumière en un ensemble de couleurs. Les couleurs les plus importantes sont le rouge, le bleu et le vert.
Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?
- Si la source lumineuse n'est pas assez forte, il se peut que l'arc en ciel n'apparaisse pas
- L'arc en ciel n'est pas facilement trouvable ! Il faut parfois passer du temps à chercher les reflets avec la feuille blanche. En général, il ne faut pas se positionner trop loin de la bassine et mettre la feuille bien perpendiculaire au sol.
Explications
La lumière blanche est composée de plusieurs couleurs. Lorsqu'un rayon de lumière change de milieu (ici en passant de l'air à l'eau puis de l'eau à l'air), cela sépare ses différentes couleurs et crée un arc-en-ciel.
Plus d'explications
Chaque couleur est caractérisée par une longueur d'onde de l'ordre du nanomètre. La longueur d’onde est la distance parcourue par l’onde lumineuse pendant la durée d’une période (deux pics sur le graphique)
Les couleurs visibles par l'œil humain sont les couleurs dont la longueur d'onde se situe entre 380 et 740 nanomètres.
[ < 380] ultraviolet
[380 - 446] violet
[446 - 520] bleu
[520 - 565] vert
[565 - 590] jaune
[590 - 625] orange
[625 - 740] rouge
[ > 740] infrarouge
Si on assemble tous les intervalles des couleurs que l'humain peut voir, on obtient un intervalle allant de 380 à 740 nanomètres.
La lumière blanche est polychromatique, c’est-à-dire composée de plusieurs couleurs. L'addition des couleurs de l'arc-en-ciel donne la couleur blanche. L'expérience permet la dispersion (décomposition) de la lumière : les différentes couleurs qui composent la lumière blanche ne sont pas déviées de la même façon par l'eau.
Lorsqu'un rayon lumineux pénètre l'eau, il se produit une décomposition de la lumière car les deux milieux (air et eau) possèdent des indices de réfraction différents. Or la réfraction est fonction de la longueur d'onde, ce qui entraîne la décomposition du rayon en autant de couleurs qui le constituent.
La lumière est brisée à la sortie de l'eau, chaque couleurs qui composent la lumière blanche ne se brisent pas sous le même angle, d'où le fait qu'elles apparaissent à des endroits différents et la formation d'un arc-en-ciel.
Applications : dans la vie de tous les jours
Cette expérience explique le phénomène de l'arc-en-ciel. Lorsqu'il pleut, alors qu’il y a du soleil, on peut parfois voir un arc-en-ciel à cause des gouttes de pluies en suspension dans l’air (si elles ont la bonne taille), qui décomposent la lumière et rendent visibles les couleurs qui la composent.
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Lumière : dispersion de la lumière
Éléments pédagogiques
Objectifs pédagogiques
Comprendre le phénomène d'arc-en-ciel
Comprendre la notion de spectre lumineux
Montrer la décomposition de la lumière
Pistes pour animer l'expérience
L’expérience peut être une introduction à une série d’expériences sur l’optique. Cela permet de faire comprendre que la lumière blanche est en fait une lumière « multicolore ».
On peut la compléter avec d'autres expériences ou réalisations sur la synthèse additive des couleurs, comme la fabrication d'un disque de Newton.
Sources et ressources
Pour aller plus loin : L’explication de la formation des arcs-en-ciel sur Futura sciences
Page Wikipédia sur la lumière
Dernière modification 22/05/2020 par user:Bolido.
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