- Expliquer la formation de l’image sur la rétine
- Présenter la myopie, presbytie et le strabisme
- Savoir qu’un rayonnement monochromatique est caractérisé par sa longueur d’onde.
- Savoir que la lumière blanche est composée de rayonnements de différentes longueurs d’ondes.
- Savoir utiliser l’écriture scientifique d’un nombre.
Situation professionnelle :
Vous travaillez comme auxiliaire de soins. Vous vous occupez des usagers admis récemment. L’infirmière vous demande
de porter une attention toute particulière à Manon qui souffre d’un trouble visuel. Elle a du mal à se repérer dans
l’établissement. Vous vous interrogez sur la perception des couleurs.
Vocabulaire : On appelle lumière blanche la lumière émise par le Soleil. La lumière blanche peut cependant
aussi être produite par certaines lampes.
Un prisme est un bloc constitué de verre ou d’une autre matière transparente ayant une base triangulaire.
Pendant l'été 1666, en Angleterre, Isaac NEWTON encore jeune étudiant en physique, pratiqua son expérience sur la
décomposition de la lumière dans l'obscurité de sa chambre. Il a percé un trou dans un volet, laissant entrer un
rayon de lumière qu'il dirige sur un prisme de verre. Mais, rien ne se passe. Il a alors l'idée d'utiliser une
feuille de papier blanc comme écran de projection. A la place de la tache blanche attendue apparait un spectre
(ensemble de couleurs contiguës). Pour lui, c'est le prisme qui a décomposé la lumière dite « blanche » du soleil en
éventail de lumières colorée : rouge, orangé, jaune, vert, bleue, indigo et violet.
- Le prisme dévie et décompose la lumière blanche en lumières colorées du rouge au violet. C'est un phénomène de
dispersion.
- L'ensemble des couleurs obtenues constitue le spectre de la lumière blanche. Le spectre est continu du rouge au
violet.
- La lumière blanche est une superposition de plusieurs lumières colorées appelées aussi « radiations lumineuses ».
Pourquoi un tel phénomène se produit ?
Lorsque la lumière traverse la surface séparant deux milieux transparents (ici un prisme), il se produit un phénomène
de réfraction.
La lumière blanche est polychromatique, c'est-à-dire qu’elle est constituée de plusieurs
lumières (radiations) colorées. Chaque lumière colorée se déplace à des vitesses différentes (périodes différentes).
Comme l’angle de déviation est relié à l’indice de réfraction qui est lui-même relié à la vitesse de la lumière
dans le milieu, il est logique qu’un rayon bleu ne soit pas dévié de la même façon qu’un rayon rouge.
Puisque chaque longueur d’onde est réfractée selon un angle différent, on dira que le prisme est capable de
décomposer la lumière blanche, ce phénomène s’appelle la dispersion. En effet la lumière blanche polychromatique
correspond à la superposition de plusieurs lumières colorées monochromatiques. Chaque rayonnement monochromatique
est caractérisé par sa longueur d’onde λ en m. Cette longueur d’onde dépend de la fréquence de la radiation qui
est liée à la période de celle-ci.
λ = c.T =
c ━━━
f
.
- λ en m.
- c est la vitesse de la lumière dans le milieu en m/s.
- T est la période en s.
- f est la fréquence de la radiation en Hz.
Ce phénomène existe dans la nature, la diffraction de la lumière est due aux gouttes de pluie qui jouent le rôle de
prisme, c’est le phénomène de l’arc en ciel.
A chaque radiation, on associe donc une longueur d’onde λ exprimée en m, mais le plus souvent en nanomètre
nm (1nm = 10-9 m). L’œil humain n’est sensible qu’aux radiations dont les longueurs d’onde sont
comprises entre 400 nm et 800 nm.
Exercice :On dispose de trois faisceaux de lumière monochromatique A, B et C de
fréquences respectives fA = 6,67.1014 Hz ; fB = 5,66.1014 Hz et fc = 4,29.1014 Hz.
Après avoir calculé leur longueur d’onde et en vous aidant du tableau ci-dessous, donner les couleurs correspondantes
à ces trois faisceaux.
λ (nm)
400 - 440
440 - 490
490 - 565
565 - 595
595 - 620
620 - 750
Couleurs
Violet
Bleu
Vert
Jaune
Orange
Rouge
λ =
c ━━━
f
. c = 3.108 m/s.
Pour le faisceau A de fréquences fA = 6,67.1014 Hz.
Après avoir calculé sa longueur d’onde et en vous aidant du tableau ci-dessous, donner la couleurs correspondante
de ce faisceau. On mettra les puissance dans les cases rouges et on s'aidera du tableau de conversion pour convertir en nm. Les erreurs sont mises en évidence par la couleur rouge donnée à celles-ci...
(Toutes les cases doivent contenir un chiffre.)
Pour le faisceau B de fréquences fB = 5,66.1014 Hz.
Après avoir calculé sa longueur d’onde et en vous aidant du tableau ci-dessous, donner la couleurs correspondante
de ce faisceau. On mettra les puissance dans les cases rouges et on s'aidera du tableau de conversion pour convertir en nm. Les erreurs sont mises en évidence par la couleur rouge donnée à celles-ci...
(Toutes les cases doivent contenir un chiffre.)
Pour le faisceau C de fréquences fC = 4,29.1014 Hz.
Après avoir calculé sa longueur d’onde et en vous aidant du tableau ci-dessous, donner la couleurs correspondante
de ce faisceau. On mettra les puissance dans les cases rouges et on s'aidera du tableau de conversion pour convertir en nm. Les erreurs sont mises en évidence par la couleur rouge donnée à celles-ci...
(Toutes les cases doivent contenir un chiffre.)
Le champ de vision humain ne correspond qu’à une infime partie du spectre des ondes électromagnétiques. Ce dernier
est très vaste puisqu’il s’étend des rayons γ cosmiques (de longueur d’onde de l’ordre de 10-15 m)
jusqu’aux ondes radio dont les longueurs d’onde peuvent aller jusqu’à quelques kilomètres.
Les ultraviolets ne sont pas responsables de l’effet de chaleur sur la peau, que l’on doit aux rayons infrarouges. Les rayons ultraviolets (UV) ont une longueur d’onde comprise entre 100 et 400 nm. Ils peuvent
provoquer des coups de soleil sans qu’on ne ressente la moindre sensation de chaleur, accélèrent le vieillissement
de la peau et sont à l’origine de nombreux cancers de la peau. On a mis en évidence trois types d’UV, les UVA, les
UVB et les UVC. Les rayons infrarouges (IR) ont une longueur d’onde supérieure à 800 nm. Les rayons infrarouges
risquent d’endommager l’œil. Ces rayons étant invisibles, le clignement réflexe de l’œil ne se produit pas lors d’une
exposition aux infrarouges. Ce qui les rend d’autant plus dangereux.
Document 1: La formation d’une image sur la rétine.
La plupart des objets diffusent la lumière qu’ils reçoivent. Cette lumière entre dans chaque œil par la pupille.
La forme arrondie de la cornée, associée à la présence de milieux liquides à l’intérieur de l’œil, concentre les
faisceaux de lumière par un phénomène de réfraction. Mais c’est principalement le cristallin qui assure la
convergence des rayons sur la rétine où une image apparaît plus petite et à l’envers.
Source: Delagrave
Document 2: Comment nous arrivons à voir net des objets situés à différentes distances.
Notre œil est conçu pour une vision confortable des objets éloignés. Au repos notre cristallin a une courbure
telle que les images se forment automatiquement sur la rétine si les objets sont situés dans le lointain. Pour les
rayons reçus d’un objet plus proche, il faut une réfraction plus forte pour les faire converger toujours sur la
rétine, alors le cristallin modifie sa courbure, se bombe, par l’action des muscles ciliaires : c’est le phénomène
d’accommodation. Ceci est possible jusqu’à une distance minimale œil-objet d’une dizaine de centimètres.
Source: Delagrave
Travail à faire : A l’aide des documents 1 et 2, répondre aux questions suivantes. Les erreurs sont mises en évidence par la couleur rouge donnée à celles-ci...
4) Proposer un schéma illustrant le mécanisme de convergence des rayons lumineux. Expliquer ce phénomène appelé
réfraction.
La réfraction est le changement de direction des rayons lumineux, qui traversent dans l’œil les milieux transparents
avant de converger sur la rétine.
La myopie est due à un œil trop allongé ou à une courbure excessive de la cornée. Le myope distingue mal
les objets éloignés alors que sa vision de près est correcte. Le plissement des yeux est un des signes de la myopie
mais elle entraîne également de l’inconfort et des maux de tête. Le port de lentilles ou de lunettes et parfois la
chirurgie permettent de palier ce défaut. La presbytie est une diminution de l’accommodation de l’œil qui survient en général après 40 ans. Avec le
temps, le cristallin perd de sa souplesse. La vision de près est altérée alors que la vision de loin est correcte.
Les premiers signes sont des picotements des yeux et des larmoiements, une fatigue visuelle et des maux de tête. Le
port de lentilles ou de lunettes et parfois la chirurgie permettent de palier ce défaut. Le strabisme est un défaut de parallélisme entre les deux axes des yeux. Il est dû à un déséquilibre de la
force des muscles oculaires et peut être héréditaire ou acquis. Le strabisme entraîne une diplopie (la personne voit
double). Pour compenser, le cerveau ne va utiliser qu’un seul œil, l’autre, inactif, deviendra à long terme aveugle.
Le traitement consiste à porter des lunettes ou faire des exercices (chez un orthoptiste) et dans certains cas une
chirurgie doit être envisagée.
Source: Delagrave
Travail à faire : A l’aide des documents, retrouve les anomalies visuelles. Les erreurs sont mises en évidence par la couleur rouge donnée à celles-ci...
