Lumière et couleurs
Elhuyar Fundazioa
Le robinet de la baignoire goutte à goutte. Il tombe une goutte par seconde, formant une petite onde dans l'eau de bain. Une fois créée, l'onde se propage vers les murs de la baignoire en formant un cercle croissant, et une fois que le mur sonne, elle tourne à nouveau vers le centre. Mais au retour a moins de force, l'onde est affaiblie. Après avoir fait ce voyage à deux ou trois reprises, l'onde disparaîtra complètement. Pendant ce temps, les nouvelles gouttes créeront de nouvelles vagues, avec le même chemin.
La fréquence des ondes est donnée par le nombre d'ondes qui passent par un point par unité de temps. Pensons que dans notre baignoire une goutte tombe seulement par seconde, donc la fréquence sera 1 onde/seconde. La longueur d'onde est la distance entre les pics des deux vagues consécutives. Dans l'exemple de bain, nous supposons 45 cm. Dans notre exemple, une seule onde est générée par seconde et sa distance avec la précédente est de 45 cm. De là, nous pouvons conclure que ces ondes font un pas de 45 cm en une seconde et c'est leur vitesse. La vitesse d'une onde est donc le produit de sa longueur d'onde par sa fréquence.
Les ondes marines, comme celles du bain, sont bidimensionnelles, c'est-à-dire se propagent en deux dimensions, c'est-à-dire à la surface de l'eau. Les ondes sonores, en revanche, partent de la source et s'étendent dans l'espace, de sorte qu'elles sont tridimensionnelles. Sur les ondes sonores, l'air est comprimé au sommet de l'onde et entre les deux sommets la densité de l'air est moindre. Lorsque ces ondes arrivent à nos oreilles, nous entendons le son et le ton de ce son nous paraîtra plus grand que la fréquence des ondes. Les tons musicaux sont un exemple d'ondes de fréquence différente. La tonalité de base de la centrale DO, par exemple, a une fréquence de 265 ondes/seconde. Quelle est donc sa longueur d'onde? Ou en demandant la même chose autrement, quelle distance aurait entre deux pics si ces vagues étaient visibles?
Pour répondre à cette question, il faut connaître préalablement la vitesse du son : la vitesse du son dans l'air est de 340 mètres par seconde au niveau de la mer. Comme dans le cas du bain, la longueur d'onde est en train de diviser la vitesse par la fréquence, obtenant une longueur d'onde de 1,3 mètres du ton de base de la centrale DO.
D'autre part, l'oreille humaine n'est pas l'appareil parfait pour recevoir les ondes sonores. Il y a des fréquences trop petites (inférieures à 20 ondes par seconde) et trop élevées (supérieures à 20 000 ondes par seconde) que nous ne pouvons pas recevoir. Notre oreille, bien que parfaitement adaptée, a donc ses limites.
Les ondes de la lumière sont semblables à celles du son. Les deux sont en trois dimensions et peuvent mesurer la fréquence, la longueur et la vitesse. Mais les ondes de la lumière ont un aspect curieux : elles n'ont besoin d'aucun support pour se propager. La lumière qui nous vient du soleil et des étoiles arrive après un long voyage dans l'espace où il n'y a rien. Dans cet espace, les astronautes ne peuvent pas être entendus si la radio n'est pas utilisée, mais ils peuvent être vus sans aucune entrave.
La fréquence de la lumière que nous voyons les gens est très élevée: Environ 600 milliards d'ondes viennent à nos yeux en une seule seconde. La longueur d'onde de la lumière visible est de 0,00005 cm.
Nous avons mentionné précédemment que nous entendons les ondes sonores de différentes fréquences comme un ton différent. Quelque chose de semblable se produit avec la lumière: les ondes lumineuses de différentes fréquences créent des couleurs différentes. La fréquence de la lumière rouge est de 460 milliards d'ondes par seconde, tandis que la lumière pourpre est de 710. Chaque fréquence donnera une couleur différente.
Mais la vision humaine est aussi limitée. Comme nous n'entendons pas les sons trop souvent, il y a des fréquences de lumière que nous ne pouvons pas voir, c'est-à-dire des couleurs que nous ne pouvons pas voir. Certains ont plus souvent que les ondes que nous pouvons voir (par exemple, les rayons gamma, 100 trilions par seconde) et d'autres sont mineurs (par exemple, les ondes radio). En passant le spectre de la lumière des fréquences les plus élevées aux plus petites, nous trouvons les rayons gamma, les rayons X, la lumière ultraviolette, la lumière visible, la lumière infrarouge et les ondes radio. Toutes ces ondes se propagent dans le vide et chacune est un type de lumière différent, tout comme la lumière visible normale.
La lumière visible est la seule lumière visible pour les personnes. Si notre corps avait la capacité de transmettre et de recevoir des ondes radio ou des rayons X, nous pourrions communiquer sur de longues distances et explorer de très petites choses. Pourquoi nos yeux n'ont-ils pas évolué dans cette direction? Nous essaierons ensuite de l'expliquer.
Tout matériau peut absorber la lumière de certaines fréquences, mais pas d'autres. Chaque substance a ses propres passe-temps. Certaines fréquences, comme les rayons gamma, sont absorbées par toutes sortes de matériaux. En conséquence, la lumière gamma ne peut pas effectuer de longs voyages: tous les objets sont absorbés par l'air, de sorte qu'il disparaît après avoir parcouru quelques mètres. Les rayons gamma émis par le soleil n'ont pas accès à la Terre, car dans l'atmosphère qu'ils trouvent sur leur chemin, ils sont absorbés. La Terre est donc totalement sombre pour les rayons gamma.
Quelque chose de similaire se produit avec les rayons X et la plupart des fréquences de lumière ultraviolette et infrarouge. En revanche, l'absorption de la lumière visible est beaucoup plus faible dans la plupart des matériaux. Par exemple, l'air est généralement transparent pour la lumière visible. Dans le cas du "smog" ou de la pollution de ce type, ces petites particules dans l'air absorbent une partie de la lumière visible et reflètent une autre, donc nous voyons l'air coloré dans ces cas. C'est le phénomène qui donne à Bilbao une couleur brun-connue.
La lumière qui nous servira, doit nécessairement pouvoir s'étendre à travers l'atmosphère sans être absorbée. Les rayons gamma présentent une faible usabilité en raison de leur absorption rapide. Une grande proportion de l'énergie émise par le soleil est du type de lumière visible. Par conséquent, ce serait une autre raison d'adapter nos yeux à cette lumière et non à celle d'autres fréquences.
Voyons maintenant ce que sont les couleurs. Lorsque la lumière atteint n'importe quelle plante verte, les fréquences rouges et bleues sont absorbées, tandis que le vert se reflète. C'est pourquoi il nous semble que cette plante est verte.
Vous pouvez faire des graphiques en analysant la proportion de lumière qui reflète chaque couleur. Tout objet qui absorbe la lumière rouge et reflète le bleu sera bleu pour nous. Nous voyons quelque chose de blanc quand il reflète toutes les couleurs environ dans la même mesure. Mais cela sert aussi pour la couleur grise et noire. La différence entre le blanc et le noir ne réside pas dans la fréquence de lumière réfléchie, mais dans la proportion lumineuse qui se reflète.
L'objet le plus brillant que nous connaissons est sans aucun doute une belle neige. Mais il ne reflète que 75% de la lumière. À l'autre extrémité serait le balus ou le velours noir, qui ne reflète qu'une petite proportion de la lumière qui l'attaque.
Donc, dire que deux choses sont aussi différentes que la blanche et la noire, au moins de ce point de vue n'a pas beaucoup de sens, parce que la blanche et la noire sont les mêmes. La différence est dans la proportion de la lumière qui n'absorbent pas ou reflètent, et non dans la couleur.
Les vivants utilisent les couleurs pour absorber la lumière du soleil et produire de l'énergie par photosynthèse, pour rappeler à leurs parents où ils ont la bouche, pour attirer l'attention des insectes, pour les cacher, etc. long. Tout cela est dû à la nature de la lumière, à la physique des étoiles, à la chimie de l'air et au processus évolutif.
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