Le cours
1. Les sources de lumière
Une source de lumière est un objet qui produit sa propre lumière : le Soleil, une lampe, une flamme, une étoile. On distingue les sources primaires (qui produisent la lumière) et les objets diffusants, qui ne font que renvoyer la lumière reçue (la Lune, un mur, un livre).
La plupart des objets qui nous entourent ne font que diffuser la lumière.
Le Soleil est une source ; la Lune ne fait que diffuser la lumière du Soleil.
2. La propagation de la lumière
Dans un milieu transparent et homogène (l'air, le vide), la lumière se propage en ligne droite. C'est ce qui explique la formation des ombres : un objet opaque arrête la lumière et crée une zone d'ombre derrière lui.
La lumière voyage aussi à une vitesse immense.
La lumière se propage en ligne droite ; un objet opaque crée une ombre derrière lui.
3. Voir un objet
Pour voir un objet, il faut que de la lumière venant de cet objet entre dans notre œil. Une source lumineuse est vue directement ; un objet diffusant est vu parce qu'il renvoie vers nos yeux la lumière qu'il reçoit.
Dans le noir total (aucune lumière), on ne voit rien.
On voit un livre parce qu'il renvoie vers nos yeux la lumière d'une lampe.
4. Lumière et système solaire
La lumière permet de comprendre des phénomènes du ciel. Les planètes (comme la Terre ou la Lune) ne produisent pas de lumière : elles sont éclairées par le Soleil. Les phases de la Lune et les éclipses s'expliquent par la lumière et les ombres.
L'optique éclaire l'astronomie.
La Lune brille parce qu'elle renvoie la lumière du Soleil, pas parce qu'elle en produit.
Pour approfondir ce chapitrefacultatif
Définitions clés
- Source lumineuse
- Un objet qui émet de la lumière : primaire s'il produit lui-même la lumière (Soleil, lampe), secondaire s'il la diffuse (Lune, écran).
- Propagation rectiligne
- La lumière se propage en ligne droite dans un milieu transparent homogène.
- Rayon lumineux
- Une représentation simplifiée du trajet de la lumière, matérialisée par une ligne droite fléchée.
- Ombre propre / Ombre portée
- L'ombre propre est la face non éclairée de l'objet ; l'ombre portée est projetée sur une surface.
Explications détaillées
La lumière voyage en ligne droite
Dans un milieu homogène (air, verre), la lumière suit un trajet rectiligne. C'est pour cela qu'un obstacle crée une ombre nette, et qu'on ne peut pas voir derrière un mur.
Si le milieu change (air vers eau, air vers verre), le rayon « dévie » : c'est la réfraction, qui explique pourquoi un crayon plongé dans un verre d'eau semble brisé.
Les éclipses, un phénomène de propagation
Les éclipses de Soleil et de Lune résultent directement de la propagation rectiligne de la lumière et de l'alignement Soleil-Terre-Lune (ou Soleil-Lune-Terre). Leur prédiction précise, connue depuis l'Antiquité, est une des premières victoires de l'astronomie.
Méthode pas à pas
Construire l'ombre d'un objet (schéma)
- Repérer la source (un point ou un disque lumineux) et l'objet opaque.
- Tracer les rayons qui rasent les bords de l'objet.
- La zone où aucun rayon n'arrive est dans l'ombre.
- Distinguer l'ombre propre (sur l'objet) et l'ombre portée (sur la surface derrière).
Exemple corrigé pas à pas
Expliquer une éclipse de Lune
Schématiser et expliquer pourquoi la Lune disparaît lors d'une éclipse lunaire.
- Configuration : Soleil — Terre — Lune alignés.
- La Terre fait de l'ombre dans l'espace (ombre portée).
- La Lune entre dans cette ombre : le Soleil ne l'éclaire plus.
- Depuis la Terre, on voit la Lune s'assombrir ou rougir (lumière déviée par l'atmosphère terrestre).
Erreurs fréquentes à éviter
- Croire que la Lune est une source primaire de lumière.La Lune est une source secondaire : elle diffuse la lumière du Soleil.
- Penser que la lumière peut « courber » dans l'air ordinaire.Dans un milieu homogène, elle est rectiligne ; elle se courbe seulement en changeant de milieu (réfraction).
- Confondre éclipse de Soleil et éclipse de Lune.Éclipse de Soleil : la Lune passe devant le Soleil (Lune entre Terre et Soleil). Éclipse de Lune : la Terre s'interpose entre Soleil et Lune.
Pour aller plus loin
La vitesse de la lumière
La lumière voyage à environ 300 000 km/s dans le vide : en une seconde, elle ferait 7,5 fois le tour de la Terre. Cette vitesse est la limite absolue de l'univers. Quand on regarde une étoile, on voit la lumière qu'elle a émise il y a des années, voire des millions d'années : regarder le ciel, c'est regarder dans le passé.
Ce qu'il faut absolument retenir
Ce qu'il faut absolument retenir
- Une source de lumière produit sa propre lumière (Soleil, lampe) ; un objet diffusant renvoie la lumière reçue (la Lune, un mur).
- Dans un milieu transparent et homogène, la lumière se propage en ligne droite.
- La propagation rectiligne explique les ombres : un objet opaque arrête la lumière.
- Pour voir un objet, de la lumière venant de cet objet doit entrer dans l'œil ; dans le noir total, on ne voit rien.
- Les planètes et la Lune ne produisent pas de lumière : elles sont éclairées par le Soleil.
Vérifie ta compréhension
Exercice 1Lequel de ces objets est une source primaire de lumière ?
Le Soleil produit sa propre lumière (source) ; la Lune, le mur et le miroir ne font que diffuser ou renvoyer la lumière.
Exercice 2Comment la lumière se propage-t-elle dans l'air (milieu transparent et homogène) ?
Dans un milieu transparent et homogène, la lumière se propage en ligne droite.
Exercice 3Pourquoi voit-on la Lune briller ?
La Lune ne produit pas de lumière : elle renvoie (diffuse) la lumière qu'elle reçoit du Soleil.
Exercice 4La propagation rectiligne de la lumière explique la formation des ombres.
Vrai : comme la lumière va en ligne droite, un objet opaque l'arrête et crée une ombre derrière lui.
Exercice 5Explique pourquoi, dans le noir total, on ne voit aucun objet.
Pour voir un objet, de la lumière venant de cet objet doit entrer dans notre œil. Dans le noir total, il n'y a aucune lumière à renvoyer : aucun objet ne peut donc être vu.
L'essentiel en images
