--- title: "La lumière et les ombres" book: "Physique du primaire et du collège" subject: physics language: fr chapter: 3 exercises: 9 source: https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres --- # Chapitre 3 — La 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](#def-g1-light-and-shadows-source). Et partout où il y a de la [lumière](#def-g1-light-and-shadows-source), il y a aussi des [ombres](#def-g1-light-and-shadows-shadow) — ton fidèle jumeau sombre te suit sur tous les trottoirs ensoleillés. Cherchons d’où vient la [lumière](#def-g1-light-and-shadows-source), et comment naissent les [ombres](#def-g1-light-and-shadows-shadow). ## 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](#def-g1-light-and-shadows-source) : ce sont des sources. La Lune, un miroir et un mur blanc peuvent paraître très brillants, mais ils ne fabriquent aucune [lumière](#def-g1-light-and-shadows-source) ; ils ne font que renvoyer la [lumière](#def-g1-light-and-shadows-source) 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 $20$. Que vois-tu ? Au début, presque rien — sans source, il n’y a pas de [lumière](#def-g1-light-and-shadows-source) pour voir. Entrouvre ensuite la porte : une mince tranche de [lumière](#def-g1-light-and-shadows-source) 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](#def-g1-light-and-shadows-source) 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](#def-g1-light-and-shadows-source) est si forte qu’elle peut abîmer tes yeux pour toujours. Le Soleil se savoure de côté — par la [lumière](#def-g1-light-and-shadows-source) 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](#def-g1-light-and-shadows-source). La [lumière](#def-g1-light-and-shadows-source) 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. ![La lampe éclaire, le ballon arrête, le mur derrière reste sombre : lampe, obstacle, ombre — toujours dans cet ordre, sur une même ligne droite.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g1-light-and-shadows/fig-1b8f5a92fd87.svg) *La lampe éclaire, le ballon arrête, le mur derrière reste sombre : lampe, obstacle, [ombre](#def-g1-light-and-shadows-shadow) — toujours dans cet ordre, sur une même ligne droite.* **Méthode 3.6 (Faire une ombre bien nette).** 1. Faire le noir dans la pièce — les [ombres](#def-g1-light-and-shadows-shadow) se cachent quand la [lumière](#def-g1-light-and-shadows-source) vient de partout ; 2. allumer *une seule* lampe ou lampe de poche ; 3. tenir un jouet entre la lampe et le mur ; 4. regarder le mur : voilà l’ [ombre](#def-g1-light-and-shadows-shadow) , du côté du jouet opposé à la lampe. Rapproche le jouet de la lampe : l’[ombre](#def-g1-light-and-shadows-shadow) devient énorme. Rapproche-le du mur : l’[ombre](#def-g1-light-and-shadows-shadow) 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](#met-g1-light-and-shadows-make), mets tes mains dans la [lumière](#def-g1-light-and-shadows-source) 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](#def-g1-light-and-shadows-source) — une [ombre](#def-g1-light-and-shadows-shadow) 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](#def-g1-light-and-shadows-shadow), la plier, ni la garder dans une boîte. Une [ombre](#def-g1-light-and-shadows-shadow) n’est faite de rien du tout : c’est un *endroit où la [lumière](#def-g1-light-and-shadows-source) 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](#def-g1-light-and-shadows-shadow) s’allonge de l’*autre* côté. Fais face au Soleil : ton [ombre](#def-g1-light-and-shadows-shadow) se cache derrière toi. Tourne-lui le dos : ton [ombre](#def-g1-light-and-shadows-shadow) s’étire devant toi. L’[ombre](#def-g1-light-and-shadows-shadow) se place toujours exactement à l’opposé de la source. ![Le même bâton, le matin et à midi. L’ombre s’arrête exactement là où le rayon droit qui frôle la pointe du bâton rencontre le sol : un Soleil bas l’étire, un Soleil haut la raccourcit.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g1-light-and-shadows/fig-428de2d66229.svg) *Le même bâton, le matin et à midi. L’[ombre](#def-g1-light-and-shadows-shadow) s’arrête exactement là où le rayon droit qui frôle la pointe du bâton rencontre le sol : un Soleil bas l’étire, un Soleil haut la raccourcit.* ![Un Soleil bas du soir, une ombre longue : plus le Soleil descend, plus toutes les ombres s’allongent.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g1-light-and-shadows/img-2e050bc85025.jpg) *Un Soleil bas du soir, une [ombre](#def-g1-light-and-shadows-shadow) longue : plus le Soleil descend, plus toutes les [ombres](#def-g1-light-and-shadows-shadow) s’allongent.* **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](#def-g1-light-and-shadows-shadow). Reviens après le déjeuner et place-toi au même endroit : ton [ombre](#def-g1-light-and-shadows-shadow) est sortie de son trait de craie et a changé de longueur ! Le Soleil a changé de place dans le ciel — et l’[ombre](#def-g1-light-and-shadows-shadow) l’a suivi. Le chapitre suivant accompagne le Soleil pendant toute sa journée. ## 3.4 Exercices **Exercice 3.1 ★.** Range en [sources de lumière](#def-g1-light-and-shadows-source) et non-sources : la flamme d’une bougie ; la Lune ; une luciole ; un miroir ; une lampe de poche ; un mur blanc. **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](#def-g1-light-and-shadows-source) 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 ? **Solution de Exercice 3.2.** C’est la [lumière](#def-g1-light-and-shadows-source) qui manque. Il n’y a aucune source dans la pièce : aucune [lumière](#def-g1-light-and-shadows-source) ne tombe donc sur les objets, et des objets sans [lumière](#def-g1-light-and-shadows-source) ne peuvent pas être vus. **Exercice 3.3 ★.** Nomme les trois choses nécessaires pour faire une [ombre](#def-g1-light-and-shadows-shadow) sur le mur, et range-les dans le bon ordre le long d’une ligne. **Solution de Exercice 3.3.** Une [source de lumière](#def-g1-light-and-shadows-source), 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](#def-g1-light-and-shadows-shadow) ? Tu fais demi-tour — où est-elle maintenant ? **Solution de Exercice 3.4.** L’[ombre](#def-g1-light-and-shadows-shadow) est à ta droite — à l’opposé du Soleil. Après un demi-tour, le Soleil est à ta droite, et l’[ombre](#def-g1-light-and-shadows-shadow) passe donc à ta gauche : toujours du côté opposé au Soleil. **Exercice 3.5 ★.** À l’aide de [Méthode 3.6](#met-g1-light-and-shadows-make), rends l’[ombre](#def-g1-light-and-shadows-shadow) du même jouet d’abord énorme, puis toute petite. Qu’as-tu déplacé, et dans quel sens ? **Solution de Exercice 3.5.** Déplacer le jouet *vers la lampe* rend l’[ombre](#def-g1-light-and-shadows-shadow) énorme ; le déplacer *vers le mur* ramène l’[ombre](#def-g1-light-and-shadows-shadow) à la taille du jouet. **Exercice 3.6 ★.** Peut-on ramasser une [ombre](#def-g1-light-and-shadows-shadow) et la mettre dans sa poche ? Explique ce qu’est vraiment une [ombre](#def-g1-light-and-shadows-shadow), à l’aide de [Remarque 3.8](#rem-g1-light-and-shadows-notathing). **Solution de Exercice 3.6.** Non. Une [ombre](#def-g1-light-and-shadows-shadow) n’est pas un objet fait de quelque chose — c’est un endroit où la [lumière](#def-g1-light-and-shadows-source) manque parce qu’un obstacle la retient. Comme il n’y a rien, il n’y a rien à ramasser. **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 de Exercice 3.7.** Le Soleil est une source bien plus puissante que n’importe quelle lampe : sa [lumière](#def-g1-light-and-shadows-source) 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](#def-g1-light-and-shadows-shadow) est-elle la plus longue ? Dessine les deux [ombres](#def-g1-light-and-shadows-shadow) d’un arbre, une pour chaque moment. **Solution de Exercice 3.8.** En fin d’après-midi, quand le Soleil est bas. Le dessin doit montrer une [ombre](#def-g1-light-and-shadows-shadow) courte au pied de l’arbre à midi et une [ombre](#def-g1-light-and-shadows-shadow) longue et étirée l’après-midi, toutes deux dirigées à l’opposé du Soleil. **Exercice 3.9 ★★.** Mia dit : « Mon [ombre](#def-g1-light-and-shadows-shadow) était devant moi, et après avoir fait demi-tour elle était derrière moi — l’[ombre](#def-g1-light-and-shadows-shadow) a donc tourné avec moi. » Sam dit que l’[ombre](#def-g1-light-and-shadows-shadow) n’a pas bougé du tout. Pense à [Exemple 3.9](#ex-g1-light-and-shadows-opposite) : qui a raison, et pourquoi a-t-on eu l’*impression* que l’[ombre](#def-g1-light-and-shadows-shadow) tournait ? **Solution de Exercice 3.9.** C’est Sam qui a raison. L’[ombre](#def-g1-light-and-shadows-shadow) est restée tout le temps exactement à l’opposé du Soleil. C’est Mia qui a tourné : l’[ombre](#def-g1-light-and-shadows-shadow) a donc changé de place *par rapport à son devant et à son dos* — mais sur le sol, elle n’a pas bougé.