Apprendre comme on aime

Propagation lumineuse
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Exercices

1/ La lumière se propage dans le vide et les milieux transparents (l'air, le verre…)

Comprendre

Les milieux transparents absorbent souvent une petite partie de la lumière qui les traverse mais laissent passer le reste. Un milieu opaque ne laissera passer aucune lumière.
La lumière est une onde électromagnétique qui se propage dans tous les milieux transparents même dans le vide. Pour preuve, on peut observer les étoiles alors que l’espace entre nous et les étoiles est pratiquement vide (à 3 atomes par m3 près,ce qui est très peu).

2/ La lumière se propage de façon rectiligne (dans un milieu uniforme).

Comprendre

La lumière se propage en ligne droite si sa vitesse ne change pas, ce qui est le cas dans un milieu homogène (qui garde les mêmes caractéristiques).

Appliquer

théorème de Thalès

On peut utiliser cette propriété de la lumière pour effectuer des calculs par visée.Le théorème de Thalès peut alors être très utile.

2/ Exercices

Appliquer

2/ Quelle est la taille de la Lune? 
(5 mn)

On regardant la Lune, on peut se demander si elle est petite seulement parce qu'elle est loin.En plaçant une pièce de 1 euro , de diamètre d = 23 mm , à une distance l = 2,50 m d’un œil observant la pleine Lune, celle-ci se trouve totalement occultée.

Calcule le diamètre D de la Lune sachant que la distance Terre-Lune vaut L = 380 000 km.Un schéma clair et légendé pourra servir de justification

D'après le théorème de Thalès
lL = dD donc D=diamètreLune = L x dL = 0,023 x 380.1062,5 = 3 496 000 m = 3 496 km. Il faut prendre garde à convertir toute les valeurs dans la même unité (par exemple en mètre).

2/ Camera oscuraImage 
(5 mn)
camera oscura

Une chambre noire est constitué d’une boîte percée à l’avant d’une petite ouverture et fermée à l’arrière par un corps translucide (papier calque par exemple).On souhaite obtenir une image de 10 cm de hauteur d’un édifice (hauteur H = 40 m) situé à 80 m de la chambre noire .

Quelle doit être la profondeur de la chambre noire ?

D'après le théorème de Thalès
10cm40m = profondeur80m => profondeur = 80m x 0,1m40m =0,2 m =20 cm

2/ Plus gros que son ombre 
(5 mn)

Une source ponctuelle se trouve sur l’axe d’un disque opaque de rayon r = 5 cm et situé à une distance d = 1 m de celui-ci.

A quelle distance faut-il placer un écran parallèle pour que la surface de l’ombre portée soit 16 fois plus grande que la surface du disque ?

D'après le théorème de Thalès

r16r = dDSource-Ecran donc DistanceSource-Ecran = 16r x dr = 16 x d = 16m

3/ Le trajet rectiligne de la lumière peut être modélisé par le rayon lumineux.

Comprendre

diffusion

reflexion transmission et réfractionRéflexion et diffusion différencereflexion

Un rayon lumineux sera représenté par un segment de droite muni d'une flèche afin d'indiquer son sens de propagation. Comme toutes les schématisations, il est conseillé de les représenter au moyen d'un crayon facilement effaçable. Quand plusieurs rayons sont parallèles et dans le même sens, on parle de faisceau.
Un faisceau lumineux va continuer en ligne droite jusqu’à être dévié/diffusé/réfléchi par un objet.

La réflexion renvoie un faisceau dans une seule direction tandis que la diffusion renvoie le faisceau dans toutes les directions.
Il faut garder en tête que le faisceau n'est qu'une schématisation du trajet de la lumière, il n'existe pas réellement.

Appliquer

réflexion angles

Pour tracer un rayon réfléchi par un miroir plan, on commence par tracer la normale (la perpendiculaire) à la surface réfléchissante à l'endroit où le rayon incident touche la surface réfléchissante.
On mesure l'angle entre le rayon incident et la normale.
On trace le rayon réfléchi sachant qu'il va être renvoyé selon le même angle que le rayon incident.

3/ Exercices

Comprendre

3/ Une porte, ça réfléchit?Image 
(4 mn)
réflexion diffusion différence porte

On a photographié une porte avec un flash (voir l'illustration ci-contre).

Peut-on voir la réflexion du flash?

Oui, il y a une tâche lumineuse au centre de la porte.

Comment pourrait-on prouver que la porte diffuse la lumière?

Si on voit toute la porte, cela signifie que de la lumière est arrivée de chaque partie de la porte jusqu'à notre oeil.

Fais un schéma de l'appareil photo et de la porte en représentant les rayons réfléchis et diffusés de couleurs différentes.

Appliquer

3/ Miroir coiffant 
(5 mn)

Antoine est chez sa coiffeuse. Il est assis devant un grand miroir et la coiffeuse tient un petit miroir derrière lui afin qu’il puisse voir l’arrière de sa tête.

Schématise la situation ainsi que le tracé des rayons lumineux afin qu'Antoine voie l'arrière de sa tête.Le schéma est plus facile à réaliser vu d'au-dessus

trajet lumière coiffure miroir

3/ Miroirs orientés Image 
(8 mn)
reflexion miroir pinceau lumineux

Un pinceau lumineux frappe un miroir avec un angle d’incidence de 40°. Ce pinceau, une fois réfléchi, frappe un deuxième miroir.

Quel sera l’angle de réflexion du pinceau frappant le deuxième miroir sachant qu’il existe un angle de 65° entre les deux miroirs?

reflexion miroir angle l’angle de réflexion de la 2nde réflexion est de 25° car 90-65=25°

3/ Avec une règle, c’est mieuxImage
(5 mn)
Exercice optique rectiligne

Sur le dessin ci-dessous, on a schématisé l’observation d’un objet éclairé, une carafe, à travers la succession de deux écrans. Réponds par vrai ou faux aux affirmations suivantes :

En A , l’œil ne verra que la partie supérieure de la carafe

Faux,il ne verra pas la partie supérieure mais le reste. Pour s’en assurer, on peut vérifier avec une règle que les rayons issus du bas de la carafe arrive bien à l’œil mais que ceux du haut sont arrêtés par l’écran.

En B,il verra la totalité de la carafe.

Vrai

En C, il ne verra pas la partie inférieure de la carafe.

Vrai

Analyse

3/ Où accrocher mon miroir?Image
(8 mn)
reflexion homme miroir

Un homme est debout devant un miroir plan rectangulaire, fixé sur un mur vertical. Son œil est à l = 1,70 m du sol. La base du miroir est à une hauteur h au dessus du sol.

Déterminer la hauteur h maximale pour que l’homme voie ses pieds.

On sait qu'un angle réfléchi aura le même angle que l'angle d'incidence => h max = l/2 x hauteuroeil-homme = 85cm.

Comment varie cette hauteur en fonction de la distance d de l'homme au miroir ?

Cette hauteur ne dépend pas de la distance œil – miroir. On peut faire le test géométriquement.

Quelle est la hauteur minimale du miroir nécessaire pour que l’homme puisse se voir se voir entièrement, de la tête (1,80m) au pied ?

Bas du miroir : 85cm en dessous de l’œil, 5cm au dessus -> 90cm (la moitié de la taille complète de l'homme )

3/ Trouver une longueur avec un rétroviseur
(10 mn)

Un individu prenant place à bord d’une automobile s’intéresse à la longueur de la façade d’une maison qu’il désire acheter. Une idée brillante lui permet d’effectuer son calcul. Il dispose son automobile dos à la maison de façon à ce que la façade de la maison occupe entièrement son rétroviseur. Le rétroviseur a une largeur de 20 cm et l’individu est placé au centre du rétroviseur, à 50 cm de ce dernier. L’individu estime que sa position est à 20 m du devant de la maison.

Quelle est la longueur de la façade de la maison?

construction image retroviseur