Comment se propage la lumière – Cours – 5ème – Physique – Chimie – Collège
- Lorsque le temps est clair, nos yeux ne voient pas le trajet suivi par la lumière du Soleil, mais seulement de l’ombre derrière les objets éclairés. Si un peu de brouillard ou quelques nuages apparaissent, on observe alors des traits de lumière.
- Quel est le trajet suivi par la lumière et comment se forment les ombres ?
- I. Propagation de la lumière
I.1. Qu’est-ce que la propagation de la lumière ?
Puisque la lumière n’est pas un objet matériel (on ne peut la toucher !) au lieu de dire qu’elle se déplace on utilise le terme se ” propager “.
On parle également de propagation pour un son ou une vague puisque dans ces cas il n’y a pas de déplacement de matière.
I.2. Quelle est la trajectoire de la lumière ?
Une première condition pour que la lumière puisse se propager est d’avoir un milieu transparent (comme l’air, le vide ou le verre).
Dans un milieu transparent comme l’air la lumière se propage alors en ligne droite.
Pour exprimer que la trajectoire de la lumière est une ligne droite on dit que sa propagation est rectiligne.
Une expérience simple qui permet de le montrer est d’essayer d’observer une source de lumière à travers plusieurs cartons percés. Pour observer cette source et donc pour recevoir la lumière qu’elle émet on doit aligner les trous des différents cartons: l’alignement des différents trous montre bien que la lumière se propage en ligne droite.
Remarque: pour que la propagation de la lumière soit rectiligne le milieu de propagation doit également être homogène. Cela signifie que le milieu doit avoir la même composition en tous points ainsi que les mêmes caractéristiques (température notamment).
En été, par exemple, l’air est plus chaud au niveau du sol ce qui courbe le trajet de la lumière et donne l’impression donne l’impression d’une surface trouble voire recouverte d’eau. Ce phénomène est également à l’origine de la formation des mirages.
Conclusion : La lumière se propage en ligne droite, de la source vers l’objet éclairé, dans un milieu homogène et transparent. La ligne droite représente un rayon de lumière.
- II. Faisceau de lumière, rayon de lumière
J’observe et j’interprète
- · En présence de fumée, on observe une zone lumineuse à l’intérieur du vase lorsque des particules de fumée diffusent la lumière. Les bords de cette zone sont rectilignes et délimitent un faisceau de lumière.
- · Un faisceau de lumière est constitué de l’ensemble des rayons de lumière émis par la source.
- · Un pinceau de lumière est un faisceau de lumière très étroit
Pour représenter un rayon de lumière, on trace une ligne droite munie d’une flèche qui indique le sens de propagation de la lumière, de la source ponctuelle S vers l’objet éclairé O. On représente un faisceau de lumière, en traçant les deux rayons limites qui bordent le faisceau.
Conclusion : Un faisceau de lumière est un ensemble de rayons de lumière émis par une source. Un rayon de lumière est représenté par une droite munie d’une flèche qui indique le sens de propagation.
- III. Les ombres
III.1. Qu’est-ce que l’ombre d’un objet ?
Lorsqu’un objet opaque est éclairé par une source de lumière, certaines zones, situées derrière l’objet, ne reçoivent pas de lumière et constituent l’ombre de l’objet.
III.1.2 Ombre propre et ombre portée
Lorsqu’un objet opaque est éclairé on distingue deux zones d’ombre:
– L’ombre propre est la zone de l’objet qui ne reçoit pas de lumière. Il s’agit de la partie de l’objet située à l’opposé de la source de lumière.
– L’ombre portée se situe sur une surface située derrière l’objet (écran, mur, sol etc) et qui ne reçoit pas de lumière. Cette ombre possède une forme qui reproduit les contours de l’objet éclairé.
Remarque: on parle aussi de cône d’ombre pour l’espace situé derrière l’objet et ne recevant pas de lumière.
Conclusion : La partie non éclairée d’un objet opaque éclairé est son ombre propre. Sur un écran, l’ombre d’un objet éclairé par une source ponctuelle est l’ombre portée. Le cône d’ombre est la zone située entre l’ombre propre et l’ombre portée. Depuis le cône d’ombre, un observateur ne voit pas la source de lumière(N) par contre un observateur situé dans la zone éclairée (M) voit la source de la lumière.
Conclusion : Dans un circuit en série, lorsqu’on modifie l’ordre de branchement des dipôles on ne modifie pas le fonctionnement de ces derniers, donc l’ordre des dipôles est sans importance.
Dans le schéma électrique d’un circuit en série, l’ordre des symboles normalisés est sans importance.
- IV. Position, forme et couleur des ombres
Je réponds aux questions
1. Comment sont positionnés la source de lumière, l’objet et son ombre portée (A) ?
2. Comment la position de l’ombre portée est-elle modifiée (B) ?
3. Comment est modifiée la taille de l’ombre sur la photographie B ?
4. Quelle est la forme de l’ombre portée (A et B) ? Pourquoi ?
5. De quelle couleur est la zone éclairée sur la balle (C) ?
6. De quelle couleur sont l’ombre propre et l’ombre portée (C) ? Pourquoi ?
Réponses et interprétations
1. La source de lumière à droite, l’objet au milieu et l’ombre à gauche.
2. L’ombre portée est passée de la gauche vers la droite.
3. La taille de l’ombre a augmenté.
4. La forme de l’éolienne, dépend de la forme de l’objet éclairé et de la position de la source de lumière.
5. La couleur de la zone éclairée sur la balle est rouge.
6. La couleur de l’ombre propre et l’ombre portée est noire, car la zone d’ombre ne diffuse pas de lumière.
Conclusion : La position et les dimensions d’une ombre portée dépendent des positions relatives de la source de lumière, de l’objet éclairé et de l’écran. La forme d’une ombre dépend de la forme de l’objet éclairé et de la position de la source de lumière. La couleur d’une ombre est noire quelle que soit la couleur de la source de lumière car la zone d’ombre ne diffuse pas de lumière.
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