La lumière, sources et propagation
I- Sources de lumières et objets diffusants
Introduction
On classe les objets en deux catégories selon qu'ils sont capables ou non de produire leur propre lumière
Les objets capables de fabriquer leur propre lumière sont appelés sources primaires. Dans notre exemple, cela correspond au soleil, la luciole, les étoiles, une bougie allumée.
Les autres objets que l'on peut voir sont appelés objets diffusants. Dans notre exemple, cela correspond à la table, l'oeil de chat, la feuille de papier, la Lune.
1. Comment voit-on les objets ?
Dans l'exemple ci-contre, l'observateur peut voir le soleil car il produit sa propre lumière et elle parvient jusqu'à notre oeil.
Il peut voir la fleur car elle diffuse en direction de notre oeil (mais aussi dans les autres directions) la lumière du soleil qui l'éclaire.
2. Qu'est-ce qu'un rayon lumineux ?
C'est une construction géométrique qui nous permet de représenter le trajet de la lumière comme le rayon d'un laser.
- Un rayon lumineux est rectiligne
- Un rayon lumineux est invisible !
"Pourtant dans les films, les rayons laser, on les voit ?"
Ce qui permet de rendre visible un rayon lumineux est la présence de minuscules grains de poussière dans l'air.
Ce sont des objets diffusants et diffusent donc la lumière du rayon vers notre oeil.
Il ne faut pas oublier que les films ne représentent pas la réalité ! Les rayons sont souvent ajoutés après informatiquement, ou de la fumée est diffusée sur la scène de tournage pour que les lasers soient bien visibles.
3. Peut-on s'éclairer avec un objet diffusant ?
Téléchargez l'activité faite en classe en cliquant sur l'image ci-dessus
4. Aidez M. Martin à trouver l'emplacement idéal de sa maison
Voici une proposition possible
Vous travaillez dans un cabinet d'architecture et un client, M. Martin, vient vous demander conseil : il a acheté un terrain et aimerait que vous lui proposiez la meilleure position pour y construire sa maison.
Mais attention, M. Martin a des exigences particulières !
Cliquez ici pour télécharger l'énoncé.
On distingue deux types d'ombres :
- l'ombre propre qui est la partie de l'objet qui n'est pas éclairée,
- l'ombre projetée qui est la zone à l'arrière de l'objet dans laquelle la lumière ne pourra aller, puisque bloquée par l'objet. Un objet dans cette zone n'est donc pas visible.
5. Visibilité d'un objet
Vous êtes responsable du placement des oeuvres d'art dans un musée qui vient de recevoir une pièce de collection : "Le penseur" de Rodin.
Le directeur du musée voudrait que cette pièce soit exposée d'une façon particulière : dans une pièce plongée dans le noir, seulement éclairée depuis l'extérieur, les visiteurs ne pouvant la contempler que depuis l'extérieur de la pièce.
Vous devez lui proposer la zone dans laquelle il sera possible de placer la statue.
Pour être visible un objet doit faire parvenir de la lumière jusqu'à l'oeil de l'observateur.
Si cet objet n'est pas une source primaire, il doit être éclairé par une source primaire et ne pas se trouver dans l'ombre projetée d'un obstacle.
Ainsi dans le schéma ci-contre, la fleur 1 ne peut pas être vue par l'observateur : elle se trouve dans l'ombre projetée de l'obstacle et ne reçoit donc pas de lumière de la lampe.
Pour savoir si la lumière parvient jusqu'à l'oeil de l'observateur, il faut pouvoir tracer une ligne droite ininterrompue entre l'objet et l'observateur.
Cela n'est pas possible avec la fleur 3, qui n'est donc pas visible.
Finalement, seule la fleur 2 peut être vue par l'observateur !
II - Les phases de la Lune
1. Présentation de notre Système Solaire
On peut difficilement parler de notre planète, de la Lune et du Soleil, sans rapidement présenter notre univers.
Téléchargez le document de recherche en cliquant ici
A vous de le compléter en faisant vos propres recherches sur Internet !
Si certains mots à trouver vous échappent, voici le corrigé.
Pour résumer :
- L'Univers est âgé d'environ 15 milliards d'années
- La Terre et le Soleil ont environ 4.5 milliards d'années
- Le Système solaire compte 8 planètes qui tournent autour du Soleil
- Le Système solaire fait partie de la Voie Lactée, c'est le nom de notre galaxie. Elle contient environ 100 milliards d'étoiles comparables à notre soleil
- L'univers observable contient 100 milliards de galaxies comparables à la Voie Lactée...
2. Peut-on prendre une photo de la Lune en plein jour ?
La Lune est le symbole de la nuit, pourtant est-il quand même possible de la voir dans la journée ?
Téléchargez le document en cliquant ici pour savoir si c'est possible.
Un très bon logiciel existe pour simuler le mouvement de la Lune, des planètes et des étoiles dans la voute céleste : Stellarium
Vous pouvez le télécharger à cette adresse : http://sourceforge.net/projects/stellarium/files/.
Remarque : une photo que j'ai prise à la Couvertoirade en avril 2011 vers midi... cliquez ici.
3. Comment expliquer les différents aspects de la Lune ?
Comme on l'a dit en début de chapitre, la Lune n'est pas une source primaire de lumière, mais un objet diffusant : pour que l'on puisse la voir, il faut que quelque chose l'éclaire.
Nous ne pouvons donc voir de la Lune que la partie qui est éclairée par le Soleil. Comme la Lune tourne autour de la Terre, cela donne le schéma ci-dessous :
De plus nous observons la Lune depuis un point très particulier de l'espace : la Terre.
Il est donc évident que la Lune ne sera pas visible sur Terre lorsqu'elle sera en position G, puisque c'est sa face non éclairée qui est face à nous. De même, en position C, toute la face éclairée nous est visible : c'est la pleine Lune.
Voici regroupé dans un tableau le nom des différentes phases de la Lune :
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| Nom : | Premier croissant | Premier quartier | Lune gibbeuse | Pleine Lune | Lune gibbeuse | Dernier quartier | Dernier croissant | Nouvelle Lune |
| Position sur le schéma | H | A | B | C | D | E | F | G |
4. Et les éclispes, qu'est-ce que c'est ?
Le schéma des phases de la Lune ci-dessus représente la position de la Lune autour de la terre vue de dessus. On a donc l'impression qu'en position G et C la Terre, la Lune et le Soleil sont alignés, ce qui n'est pas toujours le cas : en effet la Lune est généralement légèrement en-dessous ou au-dessus de la Terre.
Il arrive cependant que les 3 astres se trouvent alignés : c'est à ce moment que l'on observe les éclipses.
Lors d'une éclipse de Lune, la Lune se retrouve dans le cône d'ombre de la Terre et n'est donc plus éclairée par le Soleil.
La Lune qui apparaissait pleine dans le ciel disparaît progressivement avant de réapparaître.
Lors d'une éclipse de Soleil, c'est la Lune qui passe devant la Terre. Son cône d'ombre recouvre alors une partie de la Terre.
Les personnes présentes dans cette zone vont voir le Soleil disparaître derrière la Nouvelle Lune et le ciel s'obscurcira comme si la nuit tombait.
Pour les personnes se trouvant en-dehors du cône d'ombre de la Lune, il ne se passera rien.
Le saviez-vous ?
Les éclipses solaires sont beaucoup plus rares que les eclipses de Lune : en effet, lorsque la Lune entre dans le cône d'ombre de la Terre, tous les observateurs sur Terre pouvant voir la pleine Lune la verront disparaître alors qu'il faut se trouver dans une zone bien précise de la Terre pour pouvoir profiter d'une éclipse solaire.
La dernière éclipse solaire visible depuis la France a eu lieu le 11 août 1999... la prochaine éclipse totale sera visible en France le 3 septembre 2081
L'ombre d'une éclipse solaire se déplace très vite à la surface de la Terre : environ 2000km/h.
Il n'est donc pas possible de suivre cette ombre avec sa voiture, ni même avec les avions de ligne actuels.
Le Concorde était un avion de ligne Franco-Britannique capable de voler à plus 2000 km/h. Il était donc suffisamment rapide pour suivre une éclipse solaire, et c'est ce qu'il fit en 1973 et en 1999
Vidéo sur le vol de 1973
Vidéo sur le vol de 1999