Lumière
Niveau1
Propagation de la lumière.
La lumière se propage de façon rectiligne , c'est-à-dire en ligne droite.
Il existe deux types de sources de lumière :
-
Les sources de lumière primaires :
Ce sont des corps qui produisent la lumière qu'ils émettent. Comme tous les corps chauds (Lampe, Soleil,...) ou bien luminescents (écran, vers luisant,...). - Les sources de lumière secondaires
Ce sont des corps qui ne produisent pas de lumière mais qui renvoient la lumière reçue. On dit que ces corps diffusent la lumière. Comme la quasi-totalité des objets qui ne sont pas transparent.
1er modèle de la lumière : Le rayon Lumineux
Afin de comprendre les phénomènes lumineux, on peut se baser sur la propagation rectiligne de la lumière et représenter la lumière comme un trait droit. On appelle ce modèle, le modèle du rayon lumineux.
Une source de lumière émet généralement de la lumière dans plusieurs directions. L’ensemble des rayons de lumières correspondent alors à un faisceau de lumière.
Un faisceau peut être représenté par les rayons de lumière qui le délimitent.
Niveau2
Le modèle du rayon lumineux permet d'expliquer plusieurs phénomènes.
L'ombre
Lorsqu’un objet opaque est éclairé par une source de lumière, certaines zones, situées derrière l’objet, ne reçoivent pas de lumière et constituent l’ombre de l’objet.
Lorsqu’un objet opaque est éclairé, on distingue deux zones :
- L’ombre propre est la zone de l’objet qui ne reçoit pas de lumière. Il s’agit de la partie de l’objet située à l’opposé de la source de lumière.
- L’ombre portée se situe sur une surface située derrière l’objet (écran, mur, sol, etc.) et qui ne reçoit pas de lumière. Cette ombre possède une forme qui reproduit les contours de l’objet éclairé.
La vision
Voir un objet, c’est recevoir dans nos yeux de la lumière provenant de cet objet. Il existe donc deux conditions essentielles pour voir un objet :
- Il faut de la lumière
- On ne peut pas voir un objet plongé dans le noir total
- Il faut que les rayons lumineux issus de l'objet atteignent l'observateur.
- On ne peut pas voir un objet derrière un écran opaque, car les rayons lumineux issus de l'objet sont bloqués par l'écran. Ils n'arrivent donc pas à l'observateur.
Quelques phénomènes optiques
La diffusion
l'objet reçoit de la lumière puis la renvoie toute ou une partie de cette lumière dans toutes les directions.
Les reflets (reflexion)
l'objet reçoit de la lumière puis la renvoie toute cette lumière dans une seule direction.
La transparence (transmission)
l'objet reçoit de la lumière et la laisse le traverser.
Niveau3
La vitesse de la lumière
Un peu d'histoire
Pendant très longtemps, les savants pensaient que la lumière se propageait instantanément. Ce n'est qu'au XVIIe siècle que les premières tentatives pour mesurer une valeur furent tentées par Gallilée. Malheureusement, il n'obtint pas de résultats tangibles.
L'astronome danois Ole Rømer effectua la première détermination de la vitesse de la lumière en 1676 par une méthode astronomique. Il étudia le mouvement du satellite de Jupiter (Io). Il put ainsi calculer une vitesse de la lumière aux alentours de 212 000 km/s
La célérité de la lumière
Par la suite, d'autres scientifiques se penchèrent sur le sujet et, avec des moyens techniques de plus en plus poussés, purent préciser et améliorer la mesure.
Aujourd'hui on sait que la lumière se déplace à la vitesse d'environ 300 000 km/s (valeur à connaître !).
Plus précisément : 299 792, 458 km/s.
Dans le cas de la lumière, on parle plutôt de célérité que de vitesse, bien que les deux soient acceptables. Ainsi, on note la célérité de la lumière :
c = 300 000km/s
Utilisation
Connaissant la vitesse de la lumière, on peut alors utiliser un faisceau lumineux, mesurer le temps qu'il met pour parcourir une certaine distance, et ainsi mesurer des distances (principe du télémètre laser).
Pour ce genre de calcul, il suffit d'utiliser la formule de la vitesse. (Mouvement)
La distance parcourue par la lumière en une année est appelée une année-lumière.
Une année-lumière est donc bien une distance et représente $9,461\times10^{12}km$
Niveau4
2ème modèle : Le modèle ondulatoire
Le modèle du rayon lumineux utilisé pour décrire les phénomènes lumineux atteint ses limites pour expliquer, entre autres, les propriétés chromatiques (liées à la couleur) de la lumière.
Un nouveau modèle est à utiliser : le modèle ondulatoire de la lumière. Il conserve les caractéristiques du modèle du rayon lumineux en y ajoutant de nouvelles permettant de mieux décrire la lumière.
Dans ce modèle, la lumière est donc une onde . Mais, contrairement au son (Son), ce n'est pas une onde mécanique (liée à la matière).
C'est une onde électromagnétique, elle est donc capable de se déplacer plus vite et dans le vide.
Il existe plusieurs types d'ondes électromagnétiques que l'on peut caractériser par leur fréquence (mesurée en Hertz : Hz )(Onde).
