L'optique est la partie de la physique qui étudie la lumière. Dans ce chapitre, tu vas apprendre comment la lumière se propage, comment on peut la modéliser et comment l'œil perçoit les objets. Ces notions te permettront de comprendre des phénomènes comme les ombres ou la vision.
1Propagation de la lumière
La lumière se propage en ligne droite dans un milieu transparent et homogène (comme l'air, l'eau ou le verre). On modélise cette propagation par un rayon lumineux : une droite orientée qui indique la direction et le sens de la lumière.
Un faisceau lumineux est un ensemble de rayons lumineux. Il peut être :
- parallèle : tous les rayons sont parallèles (exemple : lumière du Soleil) ;
- divergent : les rayons partent d'un même point et s'écartent (exemple : lampe de poche) ;
- convergent : les rayons se dirigent vers un même point (exemple : loupe).
La lumière se déplace très vite : environ 300 000 km/s dans le vide. Dans l'air, sa vitesse est presque la même.
À retenir
La lumière se propage en ligne droite. On la représente par des rayons lumineux.
2Sources et objets
Une source primaire produit sa propre lumière (exemples : Soleil, lampe, bougie). Un objet diffusant renvoie la lumière qu'il reçoit dans toutes les directions (exemples : une feuille de papier, la Lune).
Un objet transparent laisse passer la lumière (exemple : verre). Un objet translucide laisse passer un peu de lumière mais on ne voit pas nettement à travers (exemple : verre dépoli). Un objet opaque ne laisse pas passer la lumière (exemple : bois).
Pour voir un objet, de la lumière doit entrer dans notre œil. Si l'objet est une source primaire, sa lumière va directement dans l'œil. Si l'objet est diffusant, il renvoie la lumière d'une source vers notre œil.
Exemple
La Lune n'est pas une source primaire : elle diffuse la lumière du Soleil. C'est pourquoi on la voit.
3Ombre et pénombre
Un objet opaque placé devant une source lumineuse arrête la lumière. Il crée une ombre : zone non éclairée derrière l'objet.
Avec une source ponctuelle (très petite), l'ombre est nette. Avec une source étendue (de grande taille), on distingue :
- l'ombre propre : partie de l'objet non éclairée ;
- l'ombre portée : zone où la lumière est totalement arrêtée (cône d'ombre) ;
- la pénombre : zone partiellement éclairée (cône de pénombre).
Les éclipses de Soleil et de Lune s'expliquent par ces phénomènes d'ombre et de pénombre.
Attention
Ne confonds pas ombre propre (sur l'objet) et ombre portée (sur l'écran derrière l'objet).
4L'œil et la vision
L'œil est un récepteur de lumière. Les principales parties sont :
- la cornée et le cristallin : ils dévient les rayons lumineux pour former une image ;
- l'iris : il règle la quantité de lumière qui entre (pupille) ;
- la rétine : surface sensible qui capte la lumière et envoie un signal au cerveau.
Pour voir un objet, les rayons lumineux venant de l'objet doivent entrer dans l'œil et converger sur la rétine. L'image formée sur la rétine est renversée, mais le cerveau la redresse.
L'œil peut s'adapter : la pupille se dilate dans l'obscurité pour laisser entrer plus de lumière, et se rétrécit en pleine lumière.
À retenir
L'œil fonctionne comme une chambre noire : il forme une image renversée sur la rétine.
L'essentiel à retenir
- La lumière se propage en ligne droite dans un milieu homogène.
- Un rayon lumineux modélise la propagation de la lumière.
- Une source primaire produit sa propre lumière ; un objet diffusant la renvoie.
- Un objet opaque crée une ombre et éventuellement une pénombre.
- L'œil capte la lumière et forme une image sur la rétine.
