Lumière : sources et propagation rectiligne

Toute lumière vient d'une source et se propage en ligne droite dans un milieu homogène et transparent.

1 L'idée

On voit un objet parce que de la lumière entre dans notre œil. Cette lumière peut venir directement d'un objet qui la produit lui-même, ou indirectement d'un objet qui renvoie la lumière qu'il reçoit. Dans les deux cas, dans un milieu homogène (de composition uniforme) et transparent, la lumière voyage toujours en ligne droite.

2 Définitions clés

Source primaire

\(\text{Objet qui produit et émet sa propre lumière}\)

Objet diffusant

\(\text{Reçoit la lumière d'une source primaire et la renvoie dans toutes les directions}\)

Rayon lumineux

\(\text{Modèle : droite fléchée représentant le trajet de la lumière dans le sens de propagation}\)

3 Exemples de sources

Sources primaires

Le Soleil, une flamme de bougie, une ampoule allumée, l'écran d'un téléphone allumé, une étoile.

Objets diffusants

La Lune (diffuse la lumière du Soleil), un livre éclairé par une lampe, la planète Mars, une feuille de papier blanc.

4 Propagation rectiligne et formation des ombres

Parce que la lumière se propage en ligne droite, un objet opaque (qui ne laisse pas passer la lumière) bloque les rayons lumineux et crée deux zones d'ombre :

Ombre propre : zone sombre sur l'objet lui-même (la face non éclairée).
Ombre portée : zone sombre projetée par l'objet sur une surface environnante (sol, mur, écran...).

Plus la source est petite (proche d'une source ponctuelle), plus les contours de l'ombre portée sont nets. Une source étendue produit une zone intermédiaire floue : la pénombre.

Méthode — construire les ombres d'un objet opaque

Repérer la source primaire de lumière.
Tracer les rayons lumineux qui rasent les bords extrêmes de l'objet opaque.
La zone que ces rayons ne peuvent pas atteindre, derrière l'objet, est l'ombre portée.
La face de l'objet non touchée par les rayons est en ombre propre.

Erreurs fréquentes

La Lune n'est pas une source primaire : elle diffuse la lumière du Soleil, elle ne produit rien.
La lumière ne contourne pas les obstacles opaques — elle va tout droit, d'où la formation des ombres.
Ne pas confondre ombre propre (sur l'objet) et ombre portée (sur une surface derrière l'objet).
Un objet translucide (verre dépoli) laisse passer la lumière en la diffusant : l'ombre portée est floue, pas nette.