La formation des ombres - Maxicours

La formation des ombres

Objectifs
  • Comprendre comment se forme une ombre.
  • Prévoir la position et la forme des ombres produites par une source lumineuse.

Niveau préconisé : 4e

Points clés
  • Une zone d'ombre ne reçoit aucun rayon construit à partir de la source lumineuse.
  • L'ombre est une absence de lumière. La pénombre est une absence partielle de lumière.
  • Si la source de lumière est étendue, une zone d’ombre intermédiaire se forme : c’est la pénombre.

Lorsqu’un objet est éclairé par une source de lumière, l’ensemble de sa surface ne sera pas totalement éclairé. Une partie sera alors dans l’ombre.

Il faut savoir prévoir la position et la forme des ombres produites par une source lumineuse.

La source de lumière peut être ponctuelle ou étendue. Cela a des conséquences sur l’ombre obtenue.

1. La formation des ombres
Expériences

Expérience 1 : on éclaire un écran à l’aide d’une source.

Un écran éclairé par une source ponctuelle
Expérience 2 : on place une balle sur le trajet de la lumière.
Un écran éclairé par une source ponctuelle avec un obstacle
Observations

Expérience 1 : l’écran est éclairé.

Expérience 2 : on observe sur l’écran une zone non éclairée.

Interprétation

La balle empêche la lumière de passer. Il y a donc une absence de lumière : c’est l’ombre de la balle.

Conclusion
Une ombre est une absence de lumière. L'ombre se forme lorsque la lumière est arrêtée par un objet opaque.
2. La forme des ombres selon la source lumineuse
a. Avec une source lumineuse ponctuelle

La source de lumière peut être une petite zone lumineuse (source ponctuelle).

Exemple
La petite ampoule d’une lampe de poche est considérée comme une source de lumière ponctuelle.

Si on éclaire un objet par une source lumineuse ponctuelle, on observe :

  • qu’une partie de l’objet éclairé reste sombre ;
  • qu’une ombre se forme sur un écran situé derrière l’objet ;
  • qu’une région située entre l’objet éclairé et l’écran reste sans lumière : c’est la zone d’ombre.

 

Les ombres d'un objet éclairé par une source lumineuse ponctuelle
Exemple 
Ce phénomène d’ombre est visible sur un écran lorsqu’une personne se place entre une ampoule allumée et un écran blanc. L’ombre sur l’écran correspond à la partie non éclairée de la personne. C’est l’ombre portée.
L'ombre d'une personne sur un écran
Remarque 
L'ombre située à l'arrière d’un objet éclairé s’appelle l’ombre propre. L’ombre située sur un écran s’appelle l’ombre portée.
b. Avec une source lumineuse étendue

Une source de lumière étendue n’est pas ponctuelle.

Exemple 
Le Soleil est une source de lumière étendue car il diffuse de la lumière dans de très nombreuses directions.

Il existe alors sur l’écran une région qui n’est ni complètement éclairée, ni complètement sombre. C’est la zone de pénombre.

Les ombres d'un objet éclairé par une source lumineuse étendue
Exemple
On imagine un globe lumineux qui éclaire une boule opaque. On place un écran blanc derrière celle-ci. Sur cet écran, on trace 4 points : A, B, C et D.
Les ombres d'un objet éclairé par un globe lumineux
  • Le point A se trouve dans la zone de pénombre.
  • Le point B se trouve dans la zone d’ombre située sur l’écran et s’appelle l'ombre portée.
  • Le point C se trouve dans la partie de l'écran parfaitement éclairée.
  • Le point D se trouve dans la zone d'ombre située à l'arrière de la boule et s'appelle l'ombre propre.
Si on remplaçait le globe lumineux par une toute petite lampe, l'ombre portée serait plus grosse que la boule, bien nette, et il n'y aurait plus de zone de pénombre.
3. Application des ombres pendant les éclipses

Lors d’une éclipse, pendant quelques secondes le Soleil n’est plus visible de la Terre. Il est masqué par l’ombre de la Lune qui se trouve entre la Terre et le Soleil.

Cette situation ne se produit que très rarement à des endroits particuliers sur la Terre.

En dehors de la zone d’éclipse totale, le Soleil est dans la pénombre. Dans cette zone, l’éclipse est partielle.

Les ombres durant une éclipse
Remarque 
Une éclipse totale est rare. Il faut que la Lune soit ni trop proche ni trop éloignée de la Terre, car sinon l’éclipse est partielle.

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