La propagation de la lumière
1) Qu'est ce que la propagation de la lumière ?
Puisque la lumière n'est pas un objet matériel (on ne peut la toucher !) au lieu de dire qu'elle se déplace on utilise le terme se " propager ". On parle également de propagation pour un son ou une vague puisque dans ces cas il n'y a pas de déplacement de matière.
2) Quelle est la trajectoire de la lumière ?
Un première condition pour que la lumière puisse se propager est d'avoir un milieu transparent (comme l'air, le vide ou le verre ) Dans un milieu transparent comme l'air la lumière se propage alors en ligne droite. Pour exprimer que la trajectoire de la lumière est une ligne droite on dit que sa propagation est rectiligne.
Une expérience simple qui permet de le montrer est d'essayer d'observer une source de lumière à travers plusieurs cartons percés. Pour observer cette source et donc pour recevoir la lumière qu'elle émet on doit aligner les trous des différents cartons: l'alignement des différents trous montre bien que la lumière se propage en ligne droite.
Remarque: pour que la propagation de la lumière soit rectiligne le milieu de propagation doit également être homogène. Cela signifie que le milieu doit avoir la même composition en tous points ainsi que les mêmes caractéristiques (température notamment).
En été, par exemple, l'air est plus chaud au niveau du sol ce qui courbe le trajet de la lumière et donne l'impression donne l'impression d'une surface trouble voire recouverte d'eau. Ce phénomène est également à l'origine de la formation des mirages.
3) Qu'est ce qu'un rayon de lumière ?
Pour représenter le chemin suivi par la lumière on trace un rayon de lumière. Puisque la lumière se propage de manière rectiligne celui-ci est représenté par une droite à laquelle on ajoute une flèche afin d'indiquer le sens de propagation.
Un faisceau de lumière est un ensemble de rayons; pour le schématiser, il suffit de tracer les deux rayons qui le limitent.
On distingue :
– les faisceaux divergents, qui s’élargissent ;
– les faisceaux parallèles, dont la taille ne varie pas ;
– les faisceaux convergents, qui deviennent de plus en plus fins.
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 :
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 :
Avec une source étendue :
