Propagation rectiligne de la lumière | Physique-Chimie Seconde

Un rayon lumineux est une droite orientée qui modélise la trajectoire de la lumière.

• Représentation simplifiée du trajet de la lumière
• Perpendiculaire aux surfaces d'onde
• Direction de propagation de l'énergie lumineuse

• 1 Se propagent en ligne droite dans un milieu homogène
• 2 Peuvent être absorbés, réfléchis ou réfractés
• 3 Représentés par des flèches

Lorsqu'un objet opaque est éclairé, la lumière ne pouvant pas contourner l'objet à cause de sa propagation rectiligne, une zone d'ombre se forme derrière lui.

• Ombre portée : zone où la lumière est complètement bloquée
• Pénombre : zone partiellement éclairée

• 1 Alignement d'objets
• 2 Mesure des distances astronomiques
• 3 Construction d'instruments optiques
• 4 Photographie et cinéma

Lorsqu'une source lumineuse ponctuelle éclaire un objet opaque, la lumière se propageant en ligne droite, une zone d'ombre se forme derrière l'objet.

Avec une source étendue, certaines zones reçoivent partiellement la lumière, créant une pénombre.

Nous voyons les objets parce que la lumière provenant de ces objets atteint nos yeux. Cette lumière se propage en ligne droite selon le principe de la propagation rectiligne.

• Objet émetteur : émet sa propre lumière (lampe, soleil)
• Objet diffuseur : renvoie la lumière qu'il reçoit (livre, mur)

Grâce à la propagation rectiligne, on peut déterminer ce qui est visible ou non. Les rayons lumineux provenant d'objets situés derrière un obstacle n'atteignent pas nos yeux.

Une boîte fermée avec un petit trou permet de projeter une image inversée d'un objet extérieur. Cela démontre la propagation rectiligne de la lumière.

L'image obtenue est inversée par rapport à l'objet original, ce qui confirme que la lumière se propage en ligne droite.

Le schéma montre la lampe ponctuelle S, le ballon sphérique AB de centre O et diamètre AB = 20 cm, et l'écran E situé à 2 m derrière le ballon.

En utilisant le théorème de Thalès :

Distance lampe-ballon = 1 m = 100 cm

Distance ballon-écran = 2 m = 200 cm

Diamètre du ballon = 20 cm

• 1 Lors du passage entre deux milieux différents (réfraction)
• 2 Lorsqu'elle rencontre un obstacle de taille comparable à sa longueur d'onde (diffraction)
• 3 Lorsqu'elle est diffusée par des particules (diffusion)

Le modèle de la propagation rectiligne est valable tant que les dimensions des obstacles sont grandes devant la longueur d'onde de la lumière (λ ≈ 400-700 nm).

La propagation rectiligne de la lumière permet de mesurer des distances astronomiques à l'aide de méthodes comme la parallaxe stellaire. La lumière des étoiles voyage en ligne droite vers nos instruments d'observation.

Les éclipses solaires et lunaires illustrent parfaitement la propagation rectiligne de la lumière. Lors d'une éclipse solaire, la Lune se place entre la Terre et le Soleil, projetant une ombre sur la surface terrestre.

Les instruments optiques comme les télescopes, les microscopes et les jumelles exploitent la propagation rectiligne de la lumière. Ils utilisent des lentilles et des miroirs pour diriger les rayons lumineux selon des trajets prédéterminés.

• 1 Télescope réfracteur : utilise des lentilles
• 2 Télescope réflecteur : utilise des miroirs
• 3 Microscope composé : grossissement élevé
• 4 Caméra photographique : capte l'image

Le schéma montre une source lumineuse étendue (lampe de 5 cm de diamètre), un disque opaque (10 cm de diamètre) et l'écran. Les rayons limites déterminent la zone d'ombre et de pénombre.

En utilisant le théorème de Thalès :

Distance lampe-disque = 1 m = 100 cm

Distance disque-écran = 2 m = 200 cm

Diamètre du disque = 10 cm

La lampe n'étant pas ponctuelle mais étendue (5 cm de diamètre), certains rayons lumineux provenant des bords de la lampe contournent partiellement le disque, créant une zone de pénombre autour de l'ombre portée.

• La lumière se propage en ligne droite dans un milieu homogène et transparent
• Modélisée par des rayons lumineux

• Milieu homogène, transparent et isotrope
• Dimensions des obstacles >> longueur d'onde de la lumière

• Formation des ombres et pénombres
• Alignement d'objets
• Instruments optiques
• Astronomie