Voir le spectre de la lumière avec une lampe

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Voir le spectre de la lumière avec une lampe

Bonjour,

j'espère que je ne fais pas d'erreur et que je poste sur le bon forum. Je viens tout juste de créer un compte et j'ai du mal à me repérer sur le site.

Avec mes élèves de cycle 3, nous travaillons actuellement sur la lumière. Les enfants ont fait une expérience de décomposition de la lumière avec une bassine d'eau, un miroir. Grâce au miroir plongé dans l'eau, iIs ont projeté un rayon du soleil, sur une feuille blanche. On pouvait y voir apparaître les couleurs de l'arc-en-ciel.

Nous avons tenté ensuite de faire la même expérience avec une lampe, et une allumette. Nous pensions que cela décomposerait aussi ces lumières artificielles. Or les couleurs de l'arc-en-ciel ne sont pas apparus sur la feuille blanche. Nous avons vu un faisceau de lumière blanche c'est tout. Pourtant dans documents que nous avions lus, il était écrit que la lumière artificielle est aussi faite d'un spectre.

Est-ce que l'expérience avec la lampe a échoué car elle n'était pas assez "puissante" ?

merci pour votre aide,

Droulas

Bonjour,

Pour décomposer la lumière, il est nécessaire que les rayons lumineux arrivent parallèles entre eux.

La décomposition est due au fait que l'angle de déviation dépend de la longueur d'onde.
Ainsi, si tous les rayons arrivent parallèles, chaque longueur d'onde repartira avec une direction précise. Si la lumière arrive de plusieurs directions différentes, les rayons seront bien déviés mais resteront mélangés.

Les rayons su soleil arrivent bien parallèles, car la source est très loin, mais ce n'est pas le cas de la lumière émise par une lampe ou une allumette. Vous pourrez peut-être le reproduire si vous utilisez une lampe très puissante placée assez loin.

J'espère que ma réponse est suffisamment claire.

Avec le faisceau lumineux d'un projecteur de diapositives vous devriez obtenir un spectre visible sur un écran. Quant à la flamme d'une allumette (ou d'une bougie) , à moins d'avoir un dispositif optique qui concentre la lumière émise, vous n'obtiendrez rien. Mais de faire observer la décomposition de la lumière du Soleil et de passer ensuite à une explication des arcs en ciel (décomposition par des gouttelettes d'eau) ce serait déjà très bien.

Plus que la "puissance" de la lumière, ce qui compte c'est sa directivité. Or la lumière du Soleil est très dirigée, le disque solaire étant vu depuis la Terre avec un angle de 0,5 degré environ ; on dit que c'est une source quasi-ponctuelle. Si on utilise une source artificielle à la place, il faut donc que cette source soit de surface petite : par exemple, à 1 mètre de la surface qu'elle éclaire, elle ne devrait mesurer que 1 cm de diamètre pour être comparable au Soleil.

Or la plupart des lampes artificielles ont des surfaces d'émission lumineuse plus larges et il est probable que c'est la raison de vos difficultés. Il faut donc soit éloigner la lampe soit la diaphragmer en ne laissant passer la lumière que par un petit trou ou mieux, une petite fente qui sera perpendiculaire au déploiement du spectre.

Les sources blanches artificielles ont en effet toutes un spectre, mais il n'est pas nécessairement continu comme celui de la lumière solaire : les lampes "fluocompactes" (ou les longs tubes classiques qu'on retrouve dans beaucoup de salles de classe !) ont un spectre discontinu composé de plusieurs couleurs distinctes. Les LEDs, en revanche, donnent un spectre continu ou quasi-continu.

Les allumettes donnent bien un spectre continu, mais la lumière qu'elles émettent est faible et votre expérience paraît délicate à réaliser avec cette source (en plus, elle ne dure pas longtemps !).

Vous pourriez aussi examiner les spectres en utilisant non la dispersion de l'eau mais la diffraction d'un réseau. Vous en avez forcément autour de vous : la surface d'un CD est un excellent réseau optique ! il vous suffit d'observer la réflexion de la source sur la surface d'un CD.

Merci pour vos réponses qui sont claires. Je vais les imprimer et les faire lire à mes élèves.

Je n'ai pas de rétroprojecteur, mais j'ai un appareil à diapositive, peut-être que son faisceau peut faire l'affaire ?
Nous allons tenter l'expérience aussi avec une lumière artificielle diaphragmée comme le conseille François Roby. A force on devrait réussir !!!

merci pour votre aide, et puis je reviendrai vous écrire nos réussites ou nos échecs !

Karine

Sans reprendre les contributions précédentes qui insistent sur le caractère ponctuel et intense des sources lumineuses utilisées, je vous préconise d'utiliser la dernière génération de DEL de type Radeon que l'on trouve maintenant facilement dans l'éclairage (grandes surfaces, ikea, etc..). Juste une remarque liée à la sécurité : il ne faut pas les observer directement car elles peuvent provoquer des lésions sur la rétine comme lorsqu'on observe le Soleil directement. De plus il existe ces DEL sous différentes couleurs (rouge, vert, bleu) et on reconstitue très facilement le blanc et les couleurs dites complémentaires (magenta, cyan et jaune) mais c'est une autre histoire ...

Pour l'école, je suggère aussi l'observation de décomposition de la lumière avec un vieux CD : c'est simple et efficace.

Oui, bonne remarque pour les LEDs blanches : leur lumière peut être réellement très aveuglante, attention donc en classe à NE PAS laisser les élèves les manipuler ! Celle d'une lampe frontale de randonnée devrait suffire, celles qu'on trouve dans les luminaires sont souvent plus puissantes et dangereuses.

Bonjour,
Petite précision, au regard des réponses fournies, si vous voulez voir le spectre de lumières "délicates", une excellente méthode consiste à regarder au travers d' un objet transparent qui possède un angle de "taille". Ex : le bord transparent d'un règle, bout de verre cassé, fausses pierres précieuses en plastique (boutiques de perles) l'idéal est d'avoir un prisme sous la main, de le faire circuler pour chercher à travers l'image de la lumière décomposée. L'interprétation du phénomène revient au même pour ce niveau.
Bon courage
Yannick

Bonjour Karine,

En complément à la réponse de François Roby, qui préconise l'emploi d'un CD pour décomposer la lumière, je vous encourage à construire avec vos élèves ces "spectroscopes à CD", fabriqués en 10 minutes :
http://pedagogie.ac-toulouse.fr/gappic/index.php/astronomie/le-spectrosc...

Effectivement ce n'est plus la réfraction qui joue (comme dans les prismes) mais la diffraction. Ceci étant, le résultat est le même : décomposition de toute source lumineuse laissant apparaître bandes ou raies (ou juste spectre continu) selon la source visée.
J'ai testé ainsi le spectre d'une bougie, sur laquelle on peut verser du sel fin : le doublet du sodium est alors clairement visible comme une raie orangée intense devant le spectre continu de la bougie.
Également, je vous recommande les bougies à flammes colorées que l'on trouve au rayon "anniversaire" des magasins (par exemple Gifi pour ne pas le nommer ...). Loin d'être "magiques", les couleurs sont dues aux sels métalliques dissous dans le liquide (alcool) des bougies, donnant à la flamme des couleurs vertes, bleues, rouges, ... Dans le spectre on voit nettement les raies spectrales en émission (il suffit de placer la bougie devant la fente du spectro à CD - attention à ne pas se brûler les cheveux en regardant :-).
Plus simplement, les lampes à économie d'énergie donnent de beaux spectres mêlant raies et bandes en émission (voir les exemples dans les instructions d'assemblage du CD sur le lien que j'ai indiqué).
Bonne suite !
Sylvain.

bonjour
la lampe artificielle doit avoir un spectre moins étendu que la lumière du jour (une allumette est quasiment monochrome dans les IR comparé à un spectre complet quasi infini). Pour avoir une figure "d'arc en ciel" il faut aussi respecter un angle bien précis entre la source lumineuse et l'eau (ou la surface de la lentille utilisée).
salutations
xavier