Pourquoi faut-il se prot�ger des rayons du soleil ? Concours CAPLP 2018.

Le rayonnement solaire : gamme visible.
L'enseignant propose aux �l�ves de compl�ter la phrase "Quand nous regardons un livre bleu...." avec l'une des quatre propositions suivantes :
a. la lumi�re nous aide � voir la couleur bleue du livre ;
b. le livre renvoie la couleur bleue dans nos yeux ;
c. le livre renvoie la lumi�re bleue dans nos yeux ;
d. je ne sais pas.
13. La majorit� des �l�ves a choisi la r�ponse a. Expliquer ce r�sultat et proposer une rem�diation.
L'oeil voit les objets gr�ce aux images form�es sur la r�tine. Les 3 types de c�nes de la r�tine sont sensibles aux couleurs bleu, vert et rouge. Les b�tonnets sont sensibles � la luminosit�. En superpopsant plusieurs lumi�res color�es, le cerveau per�oit une nouvelle couleur correspondant � leur "m�lange" (T Young 1773- 1829, physicien et m�decin anglais ).
La synth�se additive est la superposition de lumi�res color�es.
Les couleurs primaires de cette synth�se sont le bleu, le vert et le rouge.
Diffusion : un objet �clair� renvoie dans toutes les directions, une partie de la lumi�re incidente re�ue.
Absorption : un objet �clair� absorbe une partie de la lumi�re qui le traverse.
Un livre bleu est �clair� en lumi�re blanche : il diffuse et transmet le bleu, et absorbe le vert et le rouge.
Ce livre bleu, �clair� en lumi�re verte ou rouge, para�t noir.

L'enseignant propose l'activit� suivante :
Eclairer un premier prisme � l'aide de lumi�re blanche ( m�lange de lumi�re de toutes les couleurs ). Isoler la partie bleue de la tache produite par le prisme et envoyer cette lumi�re sur un second prisme. Elle est d�vi�e mais pas �tal�e.
14. Compl�ter la colonne questions.

Capacit�s	Questions
Rechercher, extraire et organiser l'information	Qu'est ce que la lumi�re blanche ? La lumi�re solaire est-elle blanche ? Comment se comporte un objet en verre �clair� en lumi�re blanche ?
Emettre une hypoth�se.	La lumi�re blanche est-elle compos�e d'une seule couleur ou de plusieurs couleurs ?
Proposer un protocole exp�rimental	Comment se comporte un prisme �clair� en lumi�re blanche ?
Contr�ler la vraisemblance d'une conjecture	La lumi�re issue du second prisme est-elle �tal�e ou dispers�e ?
Rendre compte d'une d�marche	Quel est le r�le du prisme ? La lumi�re solaire est-elle monochromatique ou polychromatique ?

15. Newton emploie une d�marche pour contredire la th�orie �nonc�e par Aristote. Nommer cette d�marche et d�tailler les �tapes qui la composent.
D�marche exp�rimentale.
Disposer d'un faisceau de lumi�re solaire ( petit trou dans un volet de la pi�ce par exemple).
Faire arriver ce faisceau sur un prisme de verre.
Observer la figure de couleurs obtenues sur un �cran ( le mur oppos� de la pi�ce par exemple).

Ou bien :

1 : fente fine ; 2 : lentille convergent ; 3 : prisme ; 4 : �cran

16. Expliquer l'int�r�t de cette d�marche pour des �l�ves de lyc�e.
Meilleure adh�sion, plus grand int�r�t de la part des �l�ves.
Assimilation facilit�e des connaissances.
17. R�ponde � la question suuivante : " Quelle est la couleur d'un rayon bleu ayant travers� un prisme ?"
Voir protocole exp�rimental ci-dessus.
18. En n�gligeant le ph�nom�ne de dispersion et d'apr�s les lois de l'optique g�om�trique, tracer la marche dans le prisme ( n = 1,53) de la suite du rayon lumineux incident au prisme. Faire appara�tre les constructions graphiques et donner le d�tail des calculs. Tracer le rayon �mergent.
Sur la face d'entr�e du prisme : n_air sin i = n sin r ; sin r = sin 50 / 1,53 =0,5007 ; r =30�.
Sur la face de sortie du prisme : i' =180-120-30=30�.
n sin 30 = n_air sin r' ; sin r' = 1,53 sin 30 =0,765 ; r' ~50 �.

Cas d'une lumi�re bleue : n = a +b / l² ; l_bleu < l_rouge, donc n_bleu > n_rouge ; n_bleu = 1,55 par exemple.
Sur la face d'entr�e du prisme : n_air sin i = n sin r ; sin r = sin 50 / 1,55 =0,4942 ; r =29,6�.
Sur la face de sortie du prisme : i' =180-120-29,6=30,4�.
n sin 30,4 = n_air sin r' ; sin r' = 1,55 sin 30,4 =0,784 ; r' ~51,7 �.

19. Expliquer le ph�nom�ne de dispersion. En supposant que la valeur n = 1,53 correspond � la limite de l'infrarouge et en tenant compte du ph�nom�ne de dispersion, ajouter l'allure du rayon correspondant � la limite visible - ultraviolet.
L'indice de r�fraction d'un milieu d�pend de la longueur d'onde de la lumi�re qui le traverse : l'indice est l�g�rement plus faible pour les lumi�re de longueur d'onde �lev�. Une lumi�re violette est plus r�fract�e qu'une lumi�re rouge. Dans le cas d'une lumi�re polychromatique, les diff�rentes composantes sont diffract�e dans des directions l�g�rement diff�rentes : la lumi�re se disperse.

20. Proposer une progression traitant le module " Pourquoi faut-il se prot�ger des rayons du soleil ?
1. La lumi�re blanche est polychromatique. ( dispersion par un prisme).
2. Synrth�se additive ' �cran d'ordinateur) et synth�se soustractive ( peinture, imprimante).
3. Diff�rents types de rayonnements ; sensibilit� spectrale de l'oeil.
4. Dangers compar�s des UVA, UVB et UVC ; protection de l'oeil.