ombres

Les ombres

Quelques définitions
Ombre et pénombre
Quelques belles manipulations à faire avec les ombres

Lorsque la lumière rencontre un objet opaque, elle est diffusée, absorbée ou réfléchie.
En "arrière" de l'objet, la lumière ne passe pas ; c'est une zone d'ombre.

Quelques définitions :

Dans le cas où la source de lumière est unique et ponctuelle :
(une source ponctuelle de lumière émet des rayons dans toutes les directions de l'espace)
On appelle :

Ombre propre : région de l'objet qui ne reçoit pas de lumière. Par exemple, la nuit correspond aux lieux sur la Terre qui sont dans son ombre propre.
Cône d'ombre : région de l'espace où les rayons de lumière issus de la source ne passent pas puisqu'ils sont arrêtés par l'objet. Par exemple, la Lune est éclipsée lorsqu'elle passe dans le cône d'ombre de la Terre
Ombre portée : région d'un écran qui, placé "derrière" un objet par rapport à la source de lumière, ne reçoit pas de rayon. La taille et la forme de l'ombre portée dépend de la forme, la taille et la position de l'objet par rapport à la source, mais aussi de l'emplacement et de l'inclinaison de l'écran.

Une visualisation" d'une ombre d'un objet opaque

Pour se faire une idée de ce que peut être le phénomène d'ombre, on peut visualiser ce qui se passe avec les ondes à la surface de l'eau, lorsqu'elle rencontre une obstacle.

Ombre et pénombre

Ombres multiples

Si on éclaire un objet opaque avec deux sources lumineuses ponctuelles, chaque source provoquera son propre cône d'ombre ; mais dans une partie de ce cône pourront passer des rayons provenant de l'autre source. On obtiendra sur un écran deux ombres portées, chacune éclairée par l'autre source.

Ainsi, chaque source lumineuse produit son système de cône d'ombre et d'ombre portée éclairée par les autres sources.

Pénombre

Si la source lumineuse est étendue (ce qui est le cas le plus fréquent) chaque point de la source produit son propre système de cône d'ombre et d'ombre portée sur un écran. Si la source n'est pas trop étendue, et si l'objet est assez près de l'écran, on observera sur celui-ci une zone où aucun rayon n'arrive -l'ombre- une zone ou l'ombre due à des points de la source sont éclairés par d'autres point -la pénombre- et le reste de l'écran éclairé par tous les points de la source.
Ainsi, l'ombre sur un mur des objets éclairés par le soleil , est entourée d'une pénombre d'autant plus grande que l'objet est éloigné du mur; l'angle maximal entre les rayons issus des bords opposés du Soleil est de ½ degré.

Conséquences

Si l'on désire faire du théatre d'ombre, et obtenir des ombres nettes, il faut veiller à avoir une source la plus ponctuelle possible (éloigner la source de lumière de l'écran) et placer les objets le plus près possible de l'écran.
On ne peut pas utiliser une lampe de poche pour obtenir des ombres nettes ; le réflecteur de celle-ci tranforme la source quasi ponctuelle du filament de la lampe en source étendue, et les rayons issus de la lampe ont des directions trés différentes.

Quelques belles manipulations à faire avec les ombres

Ombre d'un peigne

Placer un peigne prependiculairement à une feuille de papier ; éclairer avec une source ponctuelle. Que verra-t'on sur la feuille de papier ?

Ombres colorées

Dans l'expérience des ombres obtenues avec deux sources, on peut utiliser comme source des projecteurs de diapositives munis de filtres colorés ; on obtiendra sur l'écran une zone éclairée colorée par l'addition des deux couleurs et deux "ombres" ayant la couleur de la lumière du projecteur complémentaire