Propagation rectiligne
de la lumière
Quelle hypothèse pouvez-vous faire après avoir observé les deux photos ci-dessus ?
Vous avez une idée ? Bravo, passez à la suite du chapitre pour voir si votre hypothèse est correcte.
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1 - Propagation
Propagation :
Physique (1690) : mouvement par lequel un agent, un phénomène physique (le son, la lumière) s'éloigne de son origine
Rectiligne :
Géométrie (1370) : qui est ou se fait en ligne droite
Mouvement rectiligne : qui se propage en ligne droite
Normalement, on ne voit pas les rayons lumineux se propager dans l'air, l'eau, etc.
Pourtant, dans certains cas, on peut visualiser ces derniers. Il faut pour cela que le milieu traversé contienne de petites particules qui diffusent la lumière :
- poussières, fumée, brouillard dans l'air
- lait, fluorescéine dans l'eau
Toutes ces observations montrent que la lumière, dans un milieu homogène, se propage en ligne droite.
On peut le vérifier en alignant à l'aide d'un fil tendu une série de diaphragmes (des plaques trouées).
Une partie de la lumière émise par la lampe traverse successivement tous les diaphragmes et arrive dans notre oeil.
Puisque la lumière se propage en ligne droite, les physiciens ont pris l'habitude de représenter les rayons lumineux par des segments de droite orientés.
Un ensemble de rayons émis par exemple par un phare est nommé faisceau lumineux.
Au lieu de dire que la lumière se propage en ligne droite (dans un milieu homogène et transparent comme l'air, l'eau ou le verre), on peut parler de propagation rectiligne de la lumière
(rectiligne : du latin recta = en ligne droite ; mots français dérivés : rectiligne, règle)
1 - Ombre et lumière
Éclairons un écran blanc à l'aide d'une source lumineuse très petite (= source ponctuelle, c'est à dire "grande comme un point") et plaçons un objet entre la source et l'écran.
Une partie de l'objet est dans l'ombre : on parlera d'ombre propre
Une partie de l'écran ne reçoit pas de lumière : on parlera d'ombre portée.
Une partie de l'espace entre l'objet et l'écran n'est traversée par aucun rayon lumineux venant de la source : on parlera de cône d'ombre.
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Complément (hors programme) pour ceux et celles qui veulent aller plus loin : notion de pénombre
Remplaçons la source ponctuelle par une source plus grande (source étendue). Les bords de l'ombre portée deviennent flous. On passe progressivement de l'ombre totale à l'éclairement total. Cette zone de transition, dans laquelle seule une partie de la source envoie des rayons lumineux, s'appelle la zone de pénombre.
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3 - Applications
Visées
- La lumière se propage en ligne droite dit le physicien
- Par deux points de l'espace on peut faire passer une droite et une seule dit le mathématicien
En combinant ces deux informations, on peut réaliser des systèmes de visée. Le premier paysan qui a aligné, à l'œil, des piquets pour clore un champ faisait -probablement sans le savoir- des mathématiques et de l'optique.
De même, les deux repères placés sur une carabine définissent une ligne droite parallèle au canon. En alignant à l'œil ces deux repères avec le centre de la cible, on oriente le canon de telle sorte que la balle frappe le point visé (à courte distance).
A grande distance, comme la balle descend progressivement vers le sol, on corrige en visant plus haut ou en modifiant la position d'un des repères placés sur la carabine (réglage de la hausse).
Sur un chantier moderne, les alignements pour poser des canalisations, des rails, pour percer un tunnel sont réalisés en se servant d'un faisceau lumineux très fin émis par un laser.
Chambre noire
Construction : prenez une boite de conserve vide et percez un petit trou (1 à 2 mm de diamètre au maximum) au fond de la boite.
Placez sur le coté ouvert une feuille de papier calque fixée par du ruban adhésif.
Placez autour de la boite un cylindre de papier noir dépassant du calque d'au moins 20 cm (pour ne pas vous abîmer les yeux en regardant le calque de trop près).
Utilisation : orientez votre chambre noire vers une lampe, un paysage bien éclairé. Vous verrez apparaître sur le papier calque une image inversée de ce qui se trouve devant votre appareil.
Ce dispositif est connu depuis longtemps. C'est au XIème siècle que le savant arabe El Haitham (Alhazen) donne l'explication du fonctionnement de la chambre noire.
A la période de la Renaissance, certains peintres utilisaient des chambres noires grand modèle (dans lesquelles ils pouvaient rentrer), les plaçaient devant un paysage et pouvaient ainsi faire au crayon l'esquisse du paysage sur une toile placée au fond de la chambre noire. Cela explique la perspective "photographique" de nombre de tableaux de cette époque.
Par la suite, (1660) on perfectionna le dispositif en remplaçant le petit trou de la chambre noire (le sténopé) par un trou plus grand muni d'une lentille (l'ancêtre de l'objectif photographique), ce qui permettait d'obtenir une image plus lumineuse.
Dans les années 1820-1850, Nicéphore Niepce, Louis Daguerre et William Fox Talbot inventent des procédés d'enregistrement chimique des images (pellicule) : ainsi naquit la photographie.
Nota : en italien, chambre noire se dit "camera obscura". Le mot français "camera" vient de là.