Pourquoi ne peut-on pas voir à travers un mur, mais peut-on voir à travers une vitre ? Et pourquoi les rayons du Soleil forment-ils des faisceaux bien droits qu’on aperçoit parfois à travers les nuages ? La réponse tient à la façon dont la lumière se propage.
I. Milieux transparents, translucides et opaques
Un milieu transparent laisse passer la lumière et permet de voir nettement à travers lui : l’air, l’eau claire, le verre, le vide. Un milieu translucide laisse passer une partie de la lumière mais ne permet pas de voir nettement à travers lui : le verre dépoli, le papier calque. Un milieu opaque ne laisse pas passer la lumière : le bois, les murs, les métaux.
II. La propagation rectiligne de la lumière
Dans un milieu transparent et homogène (dont les propriétés sont les mêmes en tout point), la lumière se propage en ligne droite, de la source vers le corps éclairé. C’est le principe de la propagation rectiligne de la lumière. On peut le vérifier avec trois écrans percés d’un petit trou : on ne voit la lumière d’une lampe à travers les trois trous que lorsqu’ils sont parfaitement alignés.
III. Les faisceaux lumineux
Un rayon lumineux représente le trajet suivi par la lumière ; on le schématise par une droite fléchée indiquant le sens de propagation. Un ensemble de rayons lumineux forme un faisceau lumineux, qui peut être : parallèle (les rayons restent à distance constante, comme la lumière du Soleil qui nous parvient), convergent (les rayons se rapprochent et se rencontrent en un point), ou divergent (les rayons s’écartent à partir d’un point, comme la lumière d’une lampe).
IV. La vitesse de la lumière
Dans le vide (et approximativement dans l’air), la lumière se propage à la vitesse constante c = 3×10⁸ m/s = 3×10⁵ km/s. Cette vitesse est si grande qu’on utilise en astronomie une unité de distance adaptée, l’année-lumière : la distance parcourue par la lumière en une année, soit environ 9,46×10¹² km.
V. Synthèse
Selon leur capacité à laisser passer la lumière, les milieux sont transparents, translucides ou opaques. Dans un milieu transparent et homogène, la lumière se propage en ligne droite : c’est la propagation rectiligne. Un faisceau lumineux peut être parallèle, convergent ou divergent. La lumière se propage dans le vide à la vitesse c = 3×10⁸ m/s.
Exercice d’application
Exercice 1. Classe les matériaux suivants en transparents, translucides ou opaques : le verre d’une fenêtre, le bois d’une porte, le papier calque, l’eau claire d’un verre.
Exercice 2. Énonce le principe de la propagation rectiligne de la lumière. Dans quelle condition sur le milieu s’applique-t-il ?
Exercice 3. Décris une expérience simple permettant de vérifier que la lumière se propage en ligne droite.
Exercice 4. Différencie un faisceau convergent d’un faisceau divergent, à l’aide d’un schéma.
Exercice 5. Calcule la distance parcourue par la lumière en 2 secondes, sachant que c = 3×10⁸ m/s.
Corrigés
Corrigé 1. Transparents : le verre de la fenêtre, l’eau claire. Translucide : le papier calque. Opaque : le bois de la porte.
Corrigé 2. Dans un milieu transparent et homogène, la lumière se propage en ligne droite de la source vers le corps éclairé. Il s’applique lorsque le milieu est à la fois transparent et homogène (mêmes propriétés en tout point).
Corrigé 3. On aligne trois écrans percés chacun d’un petit trou face à une lampe : on ne voit la lumière à travers les trois trous que lorsqu’ils sont parfaitement alignés, ce qui montre que la lumière suit un trajet rectiligne.
Corrigé 4. Dans un faisceau convergent, les rayons se rapprochent et se rencontrent en un point. Dans un faisceau divergent, les rayons partent d’un point et s’écartent progressivement (schéma : lignes qui se resserrent vers un point pour le convergent, qui s’écartent depuis un point pour le divergent).
Corrigé 5. Distance = vitesse × temps = 3×10⁸ m/s × 2 s = 6×10⁸ m, soit 600 000 km.
