Physique du primaire et du collège · Grades 1–9
3La lumière et les ombres
Éteins la lampe dans une pièce sans fenêtre : tout disparaît. Rallume-la : la pièce revient. Pour voir, il faut de la lumière. Et partout où il y a de la lumière, il y a aussi des ombres — ton fidèle jumeau sombre te suit sur tous les trottoirs ensoleillés. Cherchons d’où vient la lumière, et comment naissent les ombres.
3.1 D’où vient la lumière
Définition 3.1 (Sources de lumière)
Une source de lumière est un objet qui fabrique sa propre lumière : le Soleil, une lampe, la flamme d’une bougie, une luciole. Tout le reste — un livre, un ballon, les murs, toi — ne fabrique aucune lumière : nous ne voyons ces objets que lorsque la lumière d’une source tombe sur eux.
Exemple 3.2 (Sources ou non ?)
Le Soleil, une lampe de poche, une allumette qui brûle et un écran de télévision fabriquent tous de la lumière : ce sont des sources. La Lune, un miroir et un mur blanc peuvent paraître très brillants, mais ils ne fabriquent aucune lumière ; ils ne font que renvoyer la lumière qui les atteint. Éteins la lampe, et le miroir le plus brillant devient tout noir.
Exemple 3.3 (À toi de jouer : la pièce noire)
Le soir, ferme les volets ou les rideaux d’une pièce, éteins toutes les lampes, et attends en comptant lentement jusqu’à . Que vois-tu ? Au début, presque rien — sans source, il n’y a pas de lumière pour voir. Entrouvre ensuite la porte : une mince tranche de lumière suffit à faire revenir les tables, les chaises et les jouets.
Remarque 3.4 (Ne jamais regarder le Soleil)
Le Soleil est de très loin la source de lumière la plus puissante que nous rencontrions jamais. Ne le regarde jamais en face, pas même un instant, et jamais à travers des jumelles ou une loupe : sa lumière est si forte qu’elle peut abîmer tes yeux pour toujours. Le Soleil se savoure de côté — par la lumière qu’il jette sur tout le reste.
3.2 Comment naissent les ombres
Définition 3.5 (Ombre)
Une ombre est la tache sombre qui apparaît derrière un objet qui arrête la lumière. La lumière ne peut pas traverser ton corps : derrière toi, le sol ne reçoit donc rien du Soleil, et cette tache sombre à ta forme est ton ombre.
Méthode 3.6 (Faire une ombre bien nette)
- Faire le noir dans la pièce — les ombres se cachent quand la lumière vient de partout ;
- allumer une seule lampe ou lampe de poche ;
- tenir un jouet entre la lampe et le mur ;
- regarder le mur : voilà l’ombre, du côté du jouet opposé à la lampe.
Rapproche le jouet de la lampe : l’ombre devient énorme. Rapproche-le du mur : l’ombre rétrécit jusqu’à la vraie taille du jouet.
Exemple 3.7 (À toi de jouer : les animaux d’ombre)
Avec la lampe de Méthode 3.6, mets tes mains dans la lumière à la place d’un jouet : deux doigts dressés font des oreilles de lapin, les deux pouces croisés font un oiseau qui vole. Le mur montre la forme que tes mains découpent dans la lumière — une ombre garde toujours la forme de son obstacle, vu depuis la lampe.
Remarque 3.8 (Une ombre n’est pas un objet)
On ne peut pas ramasser une ombre, la plier, ni la garder dans une boîte. Une ombre n’est faite de rien du tout : c’est un endroit où la lumière manque. Voilà pourquoi elle disparaît à la seconde où la lampe s’éteint — il n’y a rien, là, qui puisse rester.
3.3 Les ombres suivent la lumière
Exemple 3.9 (De quel côté est l’ombre ?)
Le matin, le Soleil est d’un côté de toi et ton ombre s’allonge de l’autre côté. Fais face au Soleil : ton ombre se cache derrière toi. Tourne-lui le dos : ton ombre s’étire devant toi. L’ombre se place toujours exactement à l’opposé de la source.
Exemple 3.10 (À toi de jouer : la craie autour d’une ombre)
Un matin ensoleillé, tiens-toi immobile dans la cour pendant qu’un camarade trace à la craie le contour de ton ombre. Reviens après le déjeuner et place-toi au même endroit : ton ombre est sortie de son trait de craie et a changé de longueur ! Le Soleil a changé de place dans le ciel — et l’ombre l’a suivi. Le chapitre suivant accompagne le Soleil pendant toute sa journée.
3.4 Exercices
Exercice 3.1 ★
Range en sources de lumière et non-sources : la flamme d’une bougie ; la Lune ; une luciole ; un miroir ; une lampe de poche ; un mur blanc.
Solution
Solution de Exercice 3.1.
Sources : la flamme de la bougie, la luciole, la lampe de poche. Non-sources : la Lune, le miroir, le mur blanc — ils ne font que renvoyer la lumière qui tombe sur eux.
Exercice 3.2 ★
Pourquoi ne vois-tu absolument rien dans une pièce fermée, sans fenêtre et sans lampe ? Qu’est-ce qui manque ?
Exercice 3.3 ★
Nomme les trois choses nécessaires pour faire une ombre sur le mur, et range-les dans le bon ordre le long d’une ligne.
Solution
Solution de Exercice 3.3.
Une source de lumière, un obstacle, et un mur (ou un écran, ou le sol) — dans cet ordre, sur une même ligne droite : la source éclaire, l’obstacle arrête, le mur montre la tache sombre.
Exercice 3.4 ★
Le Soleil est à ta gauche. De quel côté est ton ombre ? Tu fais demi-tour — où est-elle maintenant ?
Exercice 3.5 ★
À l’aide de Méthode 3.6, rends l’ombre du même jouet d’abord énorme, puis toute petite. Qu’as-tu déplacé, et dans quel sens ?
Exercice 3.6 ★
Peut-on ramasser une ombre et la mettre dans sa poche ? Explique ce qu’est vraiment une ombre, à l’aide de Remarque 3.8.
Exercice 3.7 ★
Pourquoi ne faut-il jamais regarder le Soleil en face, alors que regarder une lampe ne fait qu’un peu éblouir ?
Solution
Solution de Exercice 3.7.
Le Soleil est une source bien plus puissante que n’importe quelle lampe : sa lumière est si forte qu’elle peut abîmer les yeux pour toujours, et pas seulement les éblouir un instant.
Exercice 3.8 ★
À midi, le Soleil est haut ; en fin d’après-midi, il est bas. Quand ton ombre est-elle la plus longue ? Dessine les deux ombres d’un arbre, une pour chaque moment.
Exercice 3.9 ★★
Mia dit : « Mon ombre était devant moi, et après avoir fait demi-tour elle était derrière moi — l’ombre a donc tourné avec moi. » Sam dit que l’ombre n’a pas bougé du tout. Pense à Exemple 3.9 : qui a raison, et pourquoi a-t-on eu l’impression que l’ombre tournait ?