Propagation de la lumière

I. LA PROPAGATION DE LA LUMIÈRE : UNE LIGNE DROITE

1. La lumière se déplace en ligne droite

Regarde autour de toi. Quand tu allumes une lampe torche dans une pièce sombre, le faisceau lumineux forme un cône qui va tout droit. Si tu mets ta main devant, l'ombre qui se forme sur le mur est nette. Cela prouve que la lumière ne tourne pas, ne fait pas de détours. Elle se déplace en ligne droite. On appelle cela la propagation rectiligne de la lumière.

Définition : Dans un milieu transparent et homogène (comme l'air calme, l'eau claire, le verre), la lumière se propage en ligne droite. Cela signifie que les rayons lumineux sont des droites.

Pour représenter cette propagation, on utilise un modèle simple. On dessine un rayon lumineux. Un rayon lumineux, c'est une ligne droite avec une flèche qui indique le sens de déplacement de la lumière. La source de lumière émet des rayons dans toutes les directions. Par exemple, le soleil envoie des rayons vers la Terre. Chaque rayon est une ligne droite. C'est pour cela que quand tu regardes le soleil à travers un trou dans un toit en tôle, tu vois un petit rond de lumière sur le sol. Ce rond, c'est l'image du soleil formée par les rayons qui passent par le trou.

2. Les milieux de propagation

La lumière ne voyage pas partout de la même façon. Elle a besoin d'un milieu pour se déplacer. On distingue trois types de milieux :

• Milieu transparent : La lumière le traverse facilement. Tu vois nettement à travers. Exemple : l'air, l'eau propre, le verre d'une fenêtre.
• Milieu translucide : La lumière le traverse, mais tu ne vois pas nettement. Exemple : un verre dépoli, un sac plastique fin.
• Milieu opaque : La lumière ne le traverse pas. Elle est arrêtée. Exemple : un mur en parpaing, ta main, un livre.

Quand la lumière rencontre un obstacle opaque, elle ne peut pas passer. Elle est arrêtée. C'est ce qui crée une zone d'ombre derrière l'obstacle.

II. FORMATION DES OMBRES ET DES PÉNOMBRES

1. Ombre propre et ombre portée

Quand tu te tiens sous le soleil à midi, tu as une ombre par terre. Cette ombre, c'est l'ombre portée. C'est la zone que le soleil n'éclaire pas parce que ton corps bloque les rayons. Mais ton corps lui-même a une face qui est dans l'ombre : c'est l'ombre propre. Par exemple, si le soleil est devant toi, ton dos est dans l'ombre propre. L'ombre portée, c'est celle que tu vois par terre.

Règle : L'ombre portée se forme toujours du côté opposé à la source de lumière. Elle est d'autant plus longue que la source est basse (comme le matin ou le soir).

2. Ombre et pénombre

Imagine maintenant que tu as deux sources de lumière. Par exemple, deux lampes torches allumées dans une chambre noire. Si tu mets ta main entre les deux lampes et un mur, tu vas voir deux zones sur le mur :

• Une zone très sombre, où aucune des deux lampes n'éclaire. C'est l'ombre.
• Une zone grise, où une seule des deux lampes éclaire. C'est la pénombre.

Définition :

• Ombre : zone qui ne reçoit aucune lumière directe de la source.
• Pénombre : zone qui ne reçoit qu'une partie de la lumière directe de la source.

Quand la source de lumière est étendue (comme le soleil, qui n'est pas un point mais un disque), les bords de l'ombre ne sont pas parfaitement nets. Il y a une zone de pénombre autour. C'est pour cela que l'ombre d'un arbre sur le sol n'est pas complètement noire : les bords sont un peu flous.

3. Application : l'éclipse de Soleil

Tu as peut-être déjà entendu parler d'une éclipse de Soleil. Cela se produit quand la Lune passe entre le Soleil et la Terre. La Lune est un obstacle opaque. Elle bloque les rayons du Soleil. Sur Terre, certaines zones se retrouvent dans l'ombre de la Lune : il fait nuit en plein jour. D'autres zones sont dans la pénombre : le Soleil est partiellement caché. C'est exactement le même principe que ta main devant la lampe torche.

III. REPRÉSENTATION PAR UN SCHÉMA

1. Comment dessiner un rayon lumineux

Pour comprendre et expliquer la formation des ombres, tu vas apprendre à faire un schéma simple. Tu auras besoin d'une règle et d'un crayon.

Méthode :

1. Dessine la source de lumière (un point ou un petit cercle).
2. Dessine l'obstacle opaque (un rectangle ou un personnage).
3. À partir de la source, trace des droites qui passent par les bords de l'obstacle. Ces droites représentent les rayons lumineux.
4. Prolonge ces droites derrière l'obstacle. La zone située entre ces deux droites, derrière l'obstacle, est l'ombre.
5. Si la source est étendue (plusieurs points), tu auras plusieurs zones : ombre et pénombre.

2. Exemple de schéma : une lampe et un livre

Imagine une lampe torche (source ponctuelle) et un livre posé sur une table. La lampe éclaire le livre. Derrière le livre, sur la table, il y a une ombre nette. Pour le représenter :

• Tu dessines la lampe à gauche.
• Tu dessines le livre au milieu.
• Tu traces deux rayons : un qui part du haut de la lampe et touche le bord supérieur du livre, un autre qui part du bas de la lampe et touche le bord inférieur du livre.
• Tu prolonges ces deux rayons vers la droite. La zone entre eux, sur la table, est l'ombre. Ce schéma simple te permet de prédire où sera l'ombre et quelle sera sa taille.