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Atelier: fabriquer simplement un spectroscope?

Pour construire un spectroscope, vous aurez besoin :
 
1. L'enveloppe:

-pour la version basic :  un rouleau de sopalin en carton
-pour la version "luxe":  un rouleau en carton qui sert à ranger les affiches.
 
    A part cela, vous aurez besoin d'un rouleau de papier adhésif noir et il serait aussi pratique d'avoir du papier adhésif double face mais ce n'est pas nécessaire.
 

 

materiel pour le spectroscope basique
le spectroscope version basic
materiel pour le spectroscopede luxe
le spectroscoe version de "luxe"
 
Fig. 1: le matériel nécessaire pour fabriquer votre spectroscope.
 
 
2. La fente:

-pour la version "basique": du papier carton d'emballage (les boîtes de céréale par exemple
-pour la version "luxe": des lames de rasoir (faire très attention de ne pas les laisser dans les mains des enfants)


3. La diffraction:

-pour la version "basique": nous avons fait une réelle découverte ici. Il y a deux possibilités. Une bonne diffraction peut être faite soit à l'aide d'un disque en plastique que vous trouverez au fond de la boîte à CD à graver que l'on achète dans les magasins : il sert à protéger le dernier CD de la boîte. Il faut faire attention toutes les boîtes n'ont pas ce CD de protection et d'autres ne sont pas utilisables. Il faut voir si à la lumière, vous apercevez les couleurs de l'arc en ciel qui se reflètent. Donc il faut regarder avant d'acheter. Ou bien vous pouvez utiliser des CDs mais il faut leurs ôter le film qu'ils ont sur le dessus. Pour cela, vous devez:
1.vérifiez que le derrière du CD n'est pas bleu, vert ou d'une autre couleur, il ne doit pas être coloré. 
2.grattez au bord du CD une parcelle du film du dessus avec une paire de ciseaux ( voir photo n°1).
3.collez un bout de papier adhésif sur l'égratinure (photo n°2) que vous avez faite et retirez-le (photo n°3). Normalement, le film qui est posé sur le CD devrait partir avec le papier adhésif.
Nous nous sommes rendus compte qu'il était plus facile d'utiliser des CDs gravés.
 
  

 

img_2253_f
Photo n°1 

 

 

img_2254_f
Photo n°2

 

img_2258_f
Photo n°3 
img_2264_f
CD sans son film 
 
 
-pour la version "luxe": il faut un réseau de diffraction, vous pouvez l'acheter chez le fabricant Jeulin ( www.jeulin.fr) ou en demander aux contacts du site web français. Vous aurez besoin d'un réseau minimum de 500 traits/mm ou plus pour plus de précision.
 
4. Les outils:
  Il faut de solides ciseaux, un cutter et un stylo. 


La fabrication d'un spectroscope



L'enveloppe:

    Sur le papier carton d'emballage, vous dessinez deux cercles de la même taille que l'embout du rouleau de papier. Après vous les découpez, il est préférable q'ils soient plus grands que plus petits car ils vont jouer le rôle de couvercles au rouleau de papier. Pour la version "luxe ", il arrive que le tube en carton pour affiche possède déjà des embouts en plastique alors vous travaillez sur eux à la place des cercles découpés dans du carton.
 
 
wygląd dekli, na prawym odrysowany kształt żyletki
Fig. 2: les deux cercles découpés dans le papier en carton nous pouvons voir la marque de lame de rasoir sur celui de droite 
 
La fente:

- Pour la version "basique": nous aurons par la suite besoin de construire un autre cercle en carton. Nous devons couper en deux le cercle le long de son diamètre. Il est aussi recommander de couper les bords extérieurs du cercle comme sur la deuxième photo ci-dessous. Dans le deuxième cercle, nous devons découper un rectangle au centre, il ne doit pas être trop grand ( 80% de la longueur du cercle) comme  nous pouvons  le voir sur la première photo ci-dessous. Sur celui-ci, vous allez mettre de part et d'autre du rectangle le long de sa longueur un bout d'adhésif double face pour coller de chaque côté du rectangle les morceaux du premier cercle que vous avez découpés. Il faut laisser entre les deux morceaux de cercle un très petit espace, une fente très fine, puis vous le recouvrez le tout de papier adhésif noir comme sur la troisième photo ci-dessous.

rusztowanie szczeliny  elementy szczeliny tekturowej  gotowa szczelina tekturowa 
Fig. 3: Les différentes étapes pour construire la fente.


-
Pour la version de "luxe": nous devons faire la même démarche que pour la version basic sauf qu'au lieu de coller des morceaux de cercle, vous collez de part et d'autre de la longueur du rectangle deux lames de rasoir pour faire en sorte d'avoir une fente très fine comme sur la photo ci-dessous:



 rusztowanie szczeliny elementy szczeliny żyletkowej  gotowa szczelina żyletkowa 
Fig. 4 : les différentes étapes pour construire une fente avec des lames de rasoir.


La diffraction:

    Dans l'autre cercle en carton que vous avez découpé, vous allez découper un rectangle plus grand que tout à l'heure avec le cutter comme sur la première photo. Si vous fabriquez le spectroscope "basique"  alors vous devez découper un rectangle dans le disque en plastique plus grand que celui du cercle car il doit recouvrir le rectangle du cercle. Vous collez maintenant le bout de plastique au dessus du rectancle du cercle en carton avec du papier adhésif double face et vous recouvrez le tout de papier adhésif noir sauf sur le rectangle du milieu comme sur la troisième photo. Si vous utilisez le réseau de diffraction, vous procédez de la manière ci-dessus sauf que vous remplacez le plastique par le réseau.


 rusztowanie siatki dyfrakcyjnej  element rozczepiający siatki  gotowa siatka dyfrakcyjna
Fig. 5: Les diférentes étapes pour construire la partie diffractante
 
L'assemblage:
    Il faut coller d'un côté du rouleau la fente avec du papier adhésif noir et vérifier que la lumière arrive à passer à travers la fente.  De l'autre côté du rouleau, il faut coller l'objet de diffraction mais pas n'importe comment. Vous devez poser l'objet diffractant de l'autre côté du rouleau et en y regardant à travers dans la direction d'une source lumineuse vous devez optenir un spectre si vous ne le voyiez pas, vous devez tourner la partie diffractante jusqu'à apercevoir les raies du spectre parallèles à la fente. A ce moment-là , vous pouvez coller la partie diffractante. Maintenant, le spectroscope est prêt. 


 widok od strony siatki  widok od strony szczeliny
Fig. 6: le spectroscope .

 

Le temps de fabrication du spectroscope ne doit pas dépasser une demi-heure.

 


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    Maintenant, nous pouvons observer différentes sources de lumière. Si la source de lumière est assez puissante, nous pourrons apercevoir un second spectre et si au lieu de regarder à l'oeil nu, nous regardions à travers un appareil photo (ce serait l'idéal si nous avions un spectroscope et un appareil photo numérique sur un trépied) , alors il serait possible d'enregistrer plusieurs spectres.
 
telescope
le spectroscope muni d'un appareil photo



Echantillons de spectres:

  Une ampoule classique possède un spectre continu :
 
spectre de lampe

Rys. 7: un spectre d'une ampoule classique.
 
  La même application aux lampes halogènes:


 żarówka halogenowa  widmo żarówki halogenowej

Fig. 8:  Une lampe halogène et son spectre.
 
 Les ampoules à économie d'énergie ont un spectre de raies:
 
 widmo żarówki energooszczędnej
 
                        Fig.9: Le spectre de l'ampoule à économie d'énergie
 
 
La même application avec les lampadaires à vapeur de sodium: 


widmo lampy sodowej 1   widmo lampy sodowej 2
 widmo lampy sodowej 3  widmo lampy sodowej 4
 widmo lampy sodowej 5  widmo lampy sodowej 6

 

Fig. 10: Le spectre du lampadaire à vapeur de sodium.



 

et les lampes à vapeur de mercure:
 
widmo lampy rtęciowej 1 
 widmo lampy rtęciowej 2


fig. 11: Le spectre d'une lampe à vapeur de mercure.



 

    Si vous regardez en faisant très attention, vous pouvez aussi regarder le soleil  qui a un spectre visible sous certains angles mais il ne faut jamais le regarder  directement. Les lignes de Fraunhofer sont visible avec le spectroscope. Elles apparaissent comme de nombreuses lignes sombres dans le spectre du soleil, elles sont dues à l'absorption de la lumière dans l'atmosphère . 


 

 

    Si vous faites très attention, vous pouvez essayer d'observer le spectre des gaz terrestres tels que celui du gaz de la cuisinière à gaz ou celui du feu de bois pendant vos vacances.
 
 
    Amusez-vous bien!
 
Maïté Lacarra
en stage de L3 (UPMC) au Center for Theoretical Physics, Académie des Sciences Polonaise, Varsovie, Pologne - juin 2007