Propagation de la lumière D’après Abderrahmane Srija

1. Les sources de lumière. Par définition, on appelle source de lumière une structure qui envoie de la lumière. Il existe deux types de source de lumière : les sources de lumière "chaudes" et les sources de lumière "froides". Les sources de lumière "chaudes" émettent de la lumière grâce à leur température élevée : le soleil dont la température atteint 6 000 °C en surface est une source de lumière "chaude" naturelle. Le filament d'une lampe d'éclairage produit de la lumière grâce à l'échauffement du au passage du courant électrique (pour une lampe de 60 Watt on a pu mesurer une température du filament de 2 500 °C). Les sources de lumière "froides" émettent de la lumière sans échauffement particulier : les enseignes luminescentes des magasins sont des sources de lumière froides ainsi que les lampes "néons" ( dans ce cas, c'est l'agitation des particules de gaz qui viennent frapper les parois du tube qui produit la lumière). Souvent la lune est donnée comme source de lumière mais c'est une source de lumière particulière : elle ne produit pas sa propre lumière mais réfléchit une partie de de celle qu'elle reçoit du Soleil. Le Soleil, comme une lampe, est donc une source primaire de lumière et la une une source de lumière secondaire.

2. Les récepteurs de lumière artificiels. Un récepteur de lumière artificiel est un objet construit pour utiliser l'énergie lumineuse. Les récepteurs de lumière photoélectriques transforment l'énergie solaire en énergie électrique (les panneaux solaires, les capteurs d'appareil photographique et caméscope numérique). Les récepteurs de lumière photochimique utilisent l'énergie solaire pour provoquer une réaction chimique (les pellicules photographiques argentiques). Remarque : L'oeil est un prodigieux récepteur de lumière essentiel à la vision...mais il n'est pas artificiel.

3. Déplacement de la lumière dans l'air. Si on cherche à observer la flamme d'une bougie à travers deux feuilles distinctes percées d'un petit trou au centre, on constate que l'on doit obligatoirement aligner ces deux feuilles avec la flamme et notre œil ! La lumière qui se propage de la flamme jusqu'à notre œil se propage en ligne droite. On représente le trajet suivi par la lumière à l'aide d'une droite, une flèche indiquant son sens de déplacement (de la source vers le récepteur). La vitesse de la lumière est de 300 000 km/s : si elle pouvait tourner autour de la Terre (ce qui est impossible puisqu'elle se déplace en ligne droite) elle ferait plus de 8 fois le tour de la Terre en 1 seconde.

4. Diffusion de la lumière. Plaçons nous dans une pièce sombre et éclairons avec une lampe de poche une feuille de couleur rouge. Derrière la lampe, plaçons une feuille blanche : on constate que la feuille est rouge ! D'où provient cette lumière rouge ? La lampe éclaire la feuille de couleur rouge, celle-ci renvoie une partie de la lumière qu'elle reçoit : de la lumière rouge. Quand une source de lumière éclaire un objet, celui-ci devient à son tour source de lumière (secondaire) et diffuse une partie de la lumière qu'il a reçue: c'est ce que l'on nomme la diffusion de la lumière.

I – Propagation rectiligne de la lumière :   1.    Principe de propagation rectiligne de la lumière : Dans un milieu transparent et homogène (cela veut dire que les propriétés du milieu sont les mêmes en tous les points), la lumière se propage en ligne droite.

Modèle du rayon lumineux : Le trajet de lumière, depuis la source lumineuse jusqu’à l’objet éclairé peut être modélisé par des demi-droites munies d’une flèche indiquant le sens de propagation. Ces demi-droites fléchées sont appelées des rayons lumineux.

 Faisceaux lumineux : Un faisceau de lumière est constitué d’une infinité de rayons lumineux provenant d’une même source. Les bords du faisceau lumineux sont représentés par ses rayons limites :

II – Formation des ombres : On appelle source ponctuelle une source lumineuse dont les dimensions sont très petites par rapport aux dimensions de l’objet, pour laquelle, vue depuis l’objet, tout se passe comme s’il n’y avait qu’un point qui émet de la lumière.

Observations : On observe qu’une partie seulement de la sphère est éclairée. La zone sombre du corps opaque est  appelée l’ombre propre. Plaçons maintenant un écran derrière la sphère. On observe sur cet écran une partie non éclairée, de contour circulaire, appelée ombre portée de la sphère. Entre l’écran et la balle de tennis, introduisons une balle de tennis de table. Nous pouvons localiser une zone de l’espace où cet objet n’est pas éclairé par la source : c’est la zone d’ombre ou le cône d’ombre de la sphère.

Interprétation : La formation des ombres s’explique par le principe de propagation rectiligne de la lumière. Représentons en utilisant le modèle du rayon lumineux une vue de profil de cette expérience, ainsi qu’une vue de face de l’écran :

Chambre noire définition Une chambre noire (en latin camera obscura) est un instrument optique objectif qui permet d'obtenir une projection de la lumière sur une surface plane, c'est-à-dire d'obtenir une vue en deux dimensions très proche de la vision humaine. Elle servait aux peintres avant que la découverte des procédés de fixation de l'image conduise à l'invention de la photographie.

Pour les photos http://pccollege.fr/cinquieme-2/la-lumiere-sources-et-propagation-rectiligne/chapi tre-ii-propagation-rectiligne-de-la-lumiere/

Principe Le principe de base est très simple : comme la lumière est réfléchie par les objets dans toutes les directions suivant leurs qualités propres d'absorption, de réflexion, de diffusion, chaque point de la surface d'un écran reçoit des rayons lumineux issus de tous les objets alentour ; ces rayons se mélangent et se combinent (synthèse additive). L'écran apparaît blanc (ou de la teinte majeure éclairant le décor). À suivre

Part 2 En restreignant la lumière extérieure de façon que ses rayons lumineux, émanant du décor, n'entrent que par un seul point dans une chambre obscure, l'écran interceptant cette lumière ne recevra, en chacun des points précis de sa surface, que les rayons issus, en ligne droite (principes de l'optique géométrique) d'un seul point du décor placé en face de la paroi comportant le trou. On verra se former l'image inversée (gauche/droite) et renversée (haut/bas) du décor, extérieur à la chambre obscure, sur l'écran.

Part 3 L'image projetée est réelle puisque reçue sur un écran (que l'œil de l'observateur soit présent ou non) : l'instrument est dit « objectif ».