Propagation de la lumière


Physique - Des signaux pour observer et communiquer - collège - cycle 4 - classe de 5eme - cours

I Peut-on voir la lumière ?

Normalement, on ne voit pas la lumière se propager dans l'air, l'eau, etc, pourtant, dans certains cas, on peut visualiser son parcours.

Exemple: Lumière du Soleil diffusée dans l'atmosphère

Il faut pour cela que le milieu traversé contienne de petites particules qui diffusent la lumière  comme par exemple poussières, fumée, brouillard dans l'air, ..

II La lumière se propage en ligne droite

Exemple:Une lampe torche éclaire un écran dans l'obscurité.

.

Si l'air est "propre et sec": le parcours de la lumière ne se voit pas entre la lampe et l'écran.


Si l'on place de la poussière de craie dans l'air entre la lampe et l'écran: le parcours de la lumière devient visible car les particules de craie diffusent la lumière émise par la lampe jusqu'à nos yeux

Toutes ces observations montrent que la lumière, dans un milieu homogène, se propage en ligne droite. On parle de la propagation rectiligne de la lumière.

III Rayons et faisceaux lumineux

Puisque la lumière se propage en ligne droite, les physiciens ont pris l'habitude de représenter celle-ci à l'aide de "rayons lumineux":

Pour faciliter l'étude de la propagation de la lumière (dans un milieu homogène), on peut représenter la lumière à l'aide de rayons lumineux: ce sont des segments de droite orientés (flèches partant de la source)

Un ensemble des rayons lumineux (entre les deux rayons rouges de la lampe ci-dessus par exemple) est appelé faisceau lumineux.

IV Les ombres et leur formation

Une ombre correspond à une zone d'obscurité créée par une absence de lumière: c'est une zone non-éclairée. Par exemple les arbres empèchent la lumière de passer à certains endroits: ils créent de l'ombre.

La formation des ombres peut s'expliquer du fait de la propagation rectiligne de la lumière.  Si on éclaire un écran blanc à l'aide d'une source lumineuse très petite (= source ponctuelle, c'est à dire "grande comme un point") et que l'on plaçe un objet entre la source et l'écran on obtient alors le situation suivante:

Une partie de l'objet est dans l'ombre, on parlera d'ombre propre et 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.

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:


V la yitesse de la lumière

La lumière se propage à une vitesse fantastique, dans le vide, elle voyage à 300 000 km/s, les physiciens notent cette vitesse C avec C = 300 000 km/s ou C = 300 000 000 m/s ou C = 3.108 m/s

En raison de cette vitesse, la lumière émise par notre proche voisine, la galaxie d'Andromède, met 2,2 millions d'années pour nous parvenir !

la galaxie d'Andromède

Dans l'air, la vitesse de la lumière est quasiment aussi grande, soit 300 000 km/s, cela correspond à 7,5 fois le tour de la Terre en 1 seconde ! par comparaison, dans l'air au niveau de la mer, le son se propage à environ 340 m/s, soit environ 3 secondes pour parcourir 1 km.

Application : Si la foudre tombe à 1 km de vous, il faudra 1/300 000 = 0,000 003 seconde pour que la lumière de l'éclair arrive dans votre oeil. Par contre l'onde sonore correspondant au tonnerre prendra son temps pour voyager et n'arrivera dans votre oreille qu'au bout de 3 secondes.

Cela permet d'estimer facilement la distance en km qui vous sépare du point d'impact de la foudre : à partir de la vision d'un éclair, comptez les secondes jusqu'à entendre le coup de tonnerre et divisez le résultat par 3. Si vous trouvez 1, ou moins de 1, il est plus que temps de vous mettre à l'abri !



 


 


 


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