De la chambre noire à l'appareil photographique, l'usage des polymères : bac STI Arts appliqués 2011.

La chambre noire (« camera obscura ») est une boîte dont l’intérieur est noir et mat (afin d’éviter toute réflexion des rayons de lumière) et dont l’une des faces est percée d’un minuscule trou (appelé sténopé). Ce trou laisse entrer la lumière à l’intérieur de la chambre noire. On obtient alors une image inversée de l’objet sur le fond de la chambre noire. Léonard de Vinci (1452-1519), peintre reconnu, architecte et sculpteur, reprend cette découverte et décrit lui aussi la chambre noire dans ses célèbres manuscrits. Il voit dans cet instrument la possibilité de calquer sur la nature l’exacte perspective des objets complexes. Le matériau percé doit être très mince et le trou très petit pour que l’image soit nette et se forme à une distance acceptable (longueur de la chambre noire). On augmente l’ouverture du sténopé. Parmi les réponses données ci-dessous, recopier celles qui décrivent les changements de l’image observée. - L’image est plus nette - L’image est moins nette - L’image est moins lumineuse - L’image est plus lumineuse. En 1550, le mathématicien, médecin et astrologue italien Gerolamo Cardano Cardan (1501-1576), inventeur du cardan, remplace le sténopé par un disque de verre. Ce disque permet à la fois de concentrer les rayons lumineux et de donner une image plus précise et plus lumineuse. Comment désigne-t-on exactement le disque de verre placé devant l’ouverture de la chambre noire ? Une lentille convergente. Le document suivant représente la schématisation d’une chambre noire où figurent le dispositif optique L de centre O, l’objet AB et son image A’B’ obtenue sur l’écran de la chambre noire. Compléter le document  en traçant trois rayons particuliers issus du point B de l’objet et passant à travers le dispositif L. Placer sur l’axe optique les deux points caractéristiques F et F’. Donner la signification de la distance OF’ pour le dispositif optique L. OF' : distance focale image de la lentille. Calculer cette distance OF’ en centimètres dans le cas où l’objet AB se situe à une distance OA = 3,00 m de la chambre noire et sachant que la longueur de la chambre noire est OA’ = 25,0 cm.  Les conditions expérimentales de la question précédente sont conservées. Par contre on remplace L par L’ de vergence C = 5,0 δ. Peut-on observer une image nette ? Justifier la réponse avec un calcul. OF' = 1/C = 1/5,0 = 0,20 m = 20 cm. L'image se forme à 21 cm  du trou et non pas sur la face arrière de la chambre noire : l'image n'est donc pas nette. Les chambres noires portatives composées de deux pièces s'emboîtant l'une dans l'autre de manière à régler efficacement la mise au point ont fait leur apparition au XVIIe siècle. Ces chambres ressemblaient beaucoup aux premiers appareils photographiques. Le Leica est le premier appareil photo argentique utilisant un film de largeur 35 mm. Aujourd’hui, ces films sont toujours utilisés avec des clichés « 24x36 ». Donner la signification de l’expression « photo argentique ». La couche photosensiblre des papiers et films photo est composée en partie par du bromure d'argent. Que signifie l’expression « 24x36 » ? Dimensions de la surface sensible de la pellicule ( taille de l'image ). Le document suivant représente 4 aspects différents du traitement d’une pellicule photographique. Donner une légende aux figures 3 et 4. Quel est le rôle des ions bromure Br- dans la formation de l’image latente ? Lors de l'exposition, à la lumière, un ion bromure  Br- s'oxyde, perd un électron pour donner un atome de brome. L'électron libéré est capté par un ion argent Ag+ ( réduction ) pour donner un atome d'argent. L'ion bromure joue le rôle de réducteur. Traitement de la pellicule. Associer l’équation chimique ci-dessous à une des étapes du traitement. Justifier la réponse. C6H6O2(aq) + 2 Ag+(aq) → C6H4O2(aq) + 2 H+(aq) + 2 Ag(s). Révélation et agraindissement. Lorsqu’un cristal se forme, il s’agrandit autour des cristaux déjà formés : les premiers cristaux de Ag°  sont formés  par les photons. L’image latente formée se contraste si on réduit les ions Ag+ en ions Ag°. Quelle est, dans ce traitement, la nature de la transformation des ions Ag+ ? Les ions Ag+ sont réduits en argent métallique.  En mode manuel, l’opérateur doit effectuer des réglages avant une prise de vue (la pellicule est déjà mise en place dans l’appareil). Citer trois réglages à effectuer sur un appareil équipé d’un objectif à focale fixe. Choisir la focale, la profondeur de champ et la vitesse d'obturation. Choisir l'exposition , effectuer le cadrage. La profondeur de champ est la zone de netteté d’une photographie. Le document, ci-dessous, présente trois situations de variation de la profondeur de champ. L’appareil photographique se trouve à la cote 0 m. La mise au point est faite sur le personnage que l’on photographie. La partie hachurée représente la profondeur de champ. N désigne le nombre d’ouverture, d la distance du sujet à l’objectif et f la focale de l’objectif. En observant les trois situations du document précédent, répondre aux questions suivantes. Quels sont les trois paramètres qui influencent la profondeur de champ ? La profondeur de champ désigne l'espace qui sera net lors de la prise de vue. La distance de mise au point (d), la focale (F) et l’ouverture du diaphragme influencent la profondeur de champ. Pour une mise au point faite à 4,5 m, choisir le type d’objectif qui autorise la plus grande profondeur de champ (téléobjectif, objectif standard, objectif grand angle). Si la focale diminue la profondeur de champ augmente : donc objectif grand angle. On photographie au téléobjectif un personnage immobile. La mise au point est faite à 4,5 m (distance du personnage à l’objectif). Peut-on prévoir sur la photographie la netteté du personnage, puis celle d’un élément de paysage situé à 4 m en arrière de ce personnage ? Justifier les réponses. La profondeur de champ est faible pour f = 135 mm : si le personnage est net, le paysage situé 4 m en arrière sera flou. Du pointillisme à la télévision . Le pointillisme, encore appelé divisionnisme, est un mouvement néo-impressionniste de la fin du XIXe siècle : c’est une technique consistant à peindre en juxtaposant de petites taches de couleur. Le français Georges Seurat (1859-1891) est connu comme « l’inventeur» de cette nouvelle technique de peinture. Au lieu de mélanger les couleurs sur la palette avant de les mettre sur la toile, ce qui leur faisait perdre leur éclat, Seurat essaya donc de poser des touches de couleurs non mélangées sur la toile, convaincu qu’elles se mélangeraient dans l’oeil du spectateur lors d’une observation de la toile à bonne distance. Lorsqu’un tableau de Seurat est regardé à une certaine distance, les points de couleur ne peuvent pas être distingués et se fondent optiquement les uns aux autres. Donner le nom de la propriété de l’oeil qui permet de voir distinctement les détails d’un objet ? Le pouvoir séparateur ou pouvoir de résolution de l'oeil. L’oeil peut distinguer deux points A et B proches l’un de l’autre s’ils sont vus sous un angle α supérieur à un angle limite αm, appelé angle limite de résolution de l’oeil. A quelle distance minimale D de la toile doit se situer un observateur pour ne plus distinguer les touches de couleur qui sont séparées d’une distance AB = 0,20 cm ? Données : L’observateur possède un angle limite de résolution αm = 3,0.10-4 rad. Pour des angles petits, on peut faire l’approximation suivante : α ≈ tan α , α étant exprimé en radians. αm ~AB / D ; D ~AB /αm ~0,2 10-2 / 3,0.10-4 ~6,7 m. Le même procédé de vision des couleurs est utilisé pour la télévision. Comment appelle-t-on le phénomène du « mélange des couleurs dans l’oeil » ? La synthèse additive. L’usage des polymères. On peut classer les polymères selon leur usage : · Les fibres sont constituées de chaînes linéaires. Les polymères peuvent être filés en solution ou à l’état fondu, comme par exemple les PA (polyamide), les PAN (polyacrylonitrile) et le PET (polyéthylènetéréphtalate). · Les élastomères de type caoutchouc peuvent subir un allongement réversible, notamment l’IR (polyisoprène) et le BR (polybutadiène). Donner la signification du mot « polymère ». Macromolécule, organique ou inorganique, constituée de l'enchaînement répété d'un même motif.  Le nylon appartient à la famille des polyamides. Quel type de réaction de polymérisation conduit à la formation du nylon ? Le nylon est un polyamide obtenu par une réaction chimique appelée polycondensation  Un polyester est produit lors de la réaction entre un diacide et un dialcool. Parmi les molécules ci-dessous, quelles sont celles qui sont des polyesters ? Un polyester est un polymère dont les motifs de répétition de la chaîne principale contiennent la fonction ester : ( molécules 2 et 5 ). Donner les noms des polymères désignés par PE et PS. PE : polyéthylène ; PS : polystyrène. Quel qualificatif associe-t-on aux matières plastiques qui peuvent devenir fluides par chauffage, opération réversible qui permet ainsi le recyclage ? Thermoplastique : matières plastiques qui se ramollissent par chauffage et se durcissent en se refroidissant de manière réversible. Les colorants et pigments permettent de donner une couleur particulière aux matières plastiques qui sont en général incolores à l'état pur. En plus de la coloration, les pigments peuvent également changer certaines propriétés des polymères dans lesquels ils sont introduits.  Donner une différence entre un pigment et un colorant. Les matières colorantes sont les pigments et les colorants. Les pigments sont des substances insolubles dans le milieu qu'elles colorent, contrairement aux colorants qui eux y sont solubles. La grande majorité des pigments est d'origine minéral tandis que les colorants sont plutôt d'origine végétal. Les pigments sont plutôt des petites molécules qui contiennent des éléments métalliques tandis que les colorants sont des molécules de grandes dimensions qui sont caractérisées par une succession de simples et de doubles liaisons formant un système conjugué. Les colorants doivent leur couleur à la présence de groupes spécifiques insaturés ( possédant des doubles liaisons ), linéaires ou cycliques : les chromophores dont l'assemblage permet la délocalisation des électrons sur toute la molécule. Cette propriété permet à la molécule d'absorber sélectivement certaines plages de longueurs d'ondes du spectre électromagnétique justifiant ainsi son utilisation  Les colorants sont le plus souvent composés de molécules organiques.  Donner le nom du groupement chimique responsable de la couleur d’une molécule. Les chromophores.

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