Physique-chimie, Cinquième • Exercices corrigés à Montréal
Cette fiche ne redonne pas le cours sur la lumière : il est dans le cahier. Elle dit ce qui fait perdre des points au contrôle de Cinquième, et le geste précis qui évite chaque perte.
Deux idées portent tout le chapitre. La vision est un trajet de lumière qui FINIT dans l'œil. Et une ombre ne se devine pas, elle se construit : deux rayons issus de la source, la règle posée sur les bords de l'objet, et une lecture en carreaux sur l'écran.
Le fil du chapitre
On ne voit un objet que si de la lumière venue de LUI entre dans l'œil, et un rayon est un trait droit : les points se perdent sur la flèche qui sort de l'œil, sur l'objet déclaré visible alors que rien ne l'éclaire, et sur l'ombre dessinée à main levée au lieu d'être construite à la règle.
Sur tout schéma de vision, la dernière flèche entre dans l'œil. Une flèche qui en sort rend le schéma entier faux.
Un objet translucide donne une ombre grise et floue, un objet opaque une ombre sombre et nette.
Les erreurs ci-dessous sont celles que je corrige le plus souvent en séance. Chacune coûte des points sur une copie, même quand le raisonnement est juste.
Ce qu'il ne faut pas écrire
« L'œil regarde le livre », avec une flèche qui part de l'œil.
Ce qu'il faut écrire
« La lumière part de la lampe, éclaire le livre, et le livre en renvoie une partie qui entre dans l'œil. »
Pourquoi : Si l'œil envoyait quelque chose, on verrait dans le noir complet. C'est l'erreur la plus fréquente du chapitre.
Ce qu'il ne faut pas écrire
« Le livre est une source de lumière, puisqu'on le voit. »
Ce qu'il faut écrire
« Le livre est un objet diffusant : il ne produit pas de lumière, il renvoie celle de la lampe. »
Pourquoi : Lampe éteinte, dans le noir complet, le livre disparaît : une vraie source resterait visible.
Ce qu'il ne faut pas écrire
Un seul segment, du livre à l'œil.
Ce qu'il faut écrire
Deux segments fléchés : lampe vers livre, puis livre vers œil.
Pourquoi : Sans le premier segment, le schéma dit que le livre brille tout seul ; c'est le piège 2 en dessin.
Ce qu'il ne faut pas écrire
« La visée entre l'enfant et moi est libre, donc je le vois. »
Ce qu'il faut écrire
« La visée est libre, MAIS l'enfant est dans l'ombre de la seule lampe : il ne renvoie aucune lumière, je ne le vois pas. »
Pourquoi : Voir exige deux trajets en ligne droite, source vers objet et objet vers œil. Vérifier les deux, toujours.
Ce qu'il ne faut pas écrire
Deux traits horizontaux qui prolongent les bords de l'objet jusqu'à l'écran.
Ce qu'il faut écrire
Deux rayons partant de la SOURCE et frôlant les bords de l'objet, prolongés jusqu'à l'écran : ici une ombre de carreaux pour un objet de .
Pourquoi : Les rayons d'une source ponctuelle s'écartent : la taille de l'ombre est proportionnelle à la distance à la source. Elle n'a la taille de l'objet qu'avec des rayons parallèles.
Ce qu'il ne faut pas écrire
« Plus l'écran est loin, plus l'ombre est petite. »
Ce qu'il faut écrire
« Écran deux fois plus loin de la lampe, ombre deux fois plus grande : deviennent . »
Pourquoi : Les deux rayons qui bordent le cône d'ombre s'écartent en s'éloignant de la source : plus loin, le cône est plus large.
Ce qu'il ne faut pas écrire
« Avec deux lampes, l'objet donne une ombre deux fois plus noire. »
Ce qu'il faut écrire
« Chaque lampe donne son ombre ; chacune est éclairée par l'autre lampe, donc grise. Seule la partie commune est noire. »
Pourquoi : On construit l'ombre de chaque source séparément, puis on superpose : partie commune, ombre ; le reste, pénombre.
Ce qu'il ne faut pas écrire
Un trait à main levée qui s'arrondit pour contourner un obstacle, ou un trait droit sans flèche.
Ce qu'il faut écrire
Un trait droit à la règle, fléché de la source vers ce qui reçoit la lumière.
Pourquoi : Dans l'air, milieu transparent et homogène, la lumière va tout droit ; sans flèche, le rayon ne dit pas qui éclaire qui.
On regarde la position de la source, de l'objet, de l'œil, et des obstacles opaques.
Si l'objet est une source primaire allumée → une seule question : la droite source-œil est-elle libre ?
Exemple : la lampe vue du bureau : segment
Si l'objet n'est pas une source et aucune lumière ne lui parvient → on ne le voit PAS, quelle que soit la visée
Exemple : l'enfant caché de la lanterne par le mur : camarade ne le voit
Si l'objet est éclairé, directement ou par un mur diffusant → on vérifie ensuite que la droite objet-œil ne traverse aucun obstacle opaque
Exemple : affiche éclairée par le bureau blanc : segments
Une visée libre ne suffit jamais : la première question est toujours « l'objet est-il éclairé ? ».
On regarde combien de sources il y a et leur taille.
Si une source ponctuelle → deux rayons de la source par les deux bords de l'objet : ombre nette, sans pénombre
Exemple : tige de carreaux, ombre de
Si deux sources ponctuelles → l'ombre de chaque source, puis superposer : partie commune noire, reste en pénombre
Exemple : ombre de carreaux et pénombre de
Si une source étendue → l'ombre due à chacune des deux EXTRÉMITÉS, puis superposer comme pour deux sources
Exemple : tube de carreaux : ombre de , pénombre de
plus la source est large, plus l'ombre totale rétrécit, jusqu'à disparaître
Le correcteur coche des étapes. Les voici dans l'ordre, avec la phrase de conclusion qu'il attend mot pour mot.
Quand l'utiliser : « Construisez l'ombre », « tracez les rayons », ou une figure sur quadrillage avec une source, un objet et un écran.
Phrase de conclusion
« Les deux rayons issus de et frôlant les extrémités de l'objet délimitent le cône d'ombre ; l'ombre portée est la partie de l'écran comprise entre leurs points d'arrivée. »
Le piège : Tracer depuis les bords de l'objet au lieu de partir de la source : les rayons doivent passer par la source.
Barème : 1 point par rayon juste et fléché, 1 point pour la lecture de l'ombre sur l'écran.
Cinq minutes de vérification récupèrent plus de points qu'un exercice de plus commencé à la hâte.
La dernière flèche
Sur tout schéma de vision, suivre les flèches jusqu'au bout : la dernière doit entrer dans l'œil.
Une flèche qui sort de l'œil signale un schéma à refaire entièrement.
Le nœud du quadrillage
Un rayon bien construit, dans un exercice sur quadrillage, arrive en général sur un nœud ou un demi-carreau.
Une arrivée à carreaux quand le reste tombe juste trahit une règle mal posée sur la source.
Le rapport des distances
Diviser la hauteur de l'ombre par celle de l'objet, puis la distance source-écran par la distance source-objet : les deux nombres doivent être égaux.
Ombre de pour un objet de , distances et : et , la construction est juste.
L'ombre plus grande que l'objet
Avec une petite lampe, l'ombre portée est toujours plus grande que l'objet.
Une ombre plus petite que l'objet dit que les rayons ont été tracés depuis le mauvais point.
Sur un quadrillage, une petite lampe est à la hauteur . Une tige opaque verticale , carreaux plus loin, va de la hauteur () à la hauteur (). L'écran est carreaux après la lampe.
Construire l'ombre portée, donner sa hauteur, et vérifier par le rapport des distances.
Étape 1
Rayon de par : et sont à la même hauteur, le rayon est horizontal et touche l'écran à la hauteur .
Pourquoi
Commencer par le rayon le plus simple donne un premier point sûr sur l'écran.
Étape 2
Rayon de par : il monte de carreaux pour vers la droite. Jusqu'à l'écran il avance de , quatre fois plus, donc il monte de : arrivée à .
Pourquoi
On lit la pente sur le quadrillage au lieu de deviner : c'est ce qui rend la construction exacte.
Étape 3
Ombre portée : de à , soit carreaux.
Pourquoi
L'ombre est le segment de l'écran compris entre les deux points d'arrivée, rien d'autre.
Étape 4
Vérification : et . Les deux rapports sont égaux.
Pourquoi
La taille de l'ombre est proportionnelle à la distance à la source : l'égalité des rapports valide la figure.
Conclusion rédigée
L'ombre portée de la tige s'étend de la hauteur à la hauteur : elle mesure carreaux, quatre fois la tige.
L'erreur classique sur cet exercice : Prolonger horizontalement le haut de la tige et annoncer une ombre de carreaux, de à : c'est oublier que le rayon part de la lampe.
Parce qu'il est éclairé par une source, une lampe ou le Soleil, et qu'il renvoie une partie de cette lumière dans toutes les directions. Une partie de cette lumière renvoyée entre dans notre œil, et c'est cela, voir. Un tel objet s'appelle un objet diffusant : dans le noir complet, il devient invisible.
Toujours vers l'œil. La lumière part de la source, arrive sur l'objet, et l'objet en renvoie une partie jusqu'à l'œil. L'œil est un récepteur : il ne lance aucun regard vers les objets. Au contrôle, une flèche qui sort de l'œil rend le schéma faux, même si les traits sont bien droits.
On trace à la règle deux rayons qui partent de la source et frôlent chacun un bord de l'objet, puis on les prolonge jusqu'à l'écran et on les oriente. L'ombre portée est la partie de l'écran entre les deux points d'arrivée. Avec une petite lampe, elle est toujours plus grande que l'objet.
L'ombre est la zone qui ne reçoit la lumière d'aucune partie de la source. La pénombre ne reçoit la lumière que d'une partie de la source, par exemple d'une seule lampe sur deux, ou d'un bout seulement d'une lampe large. Elle est grise, pas noire, et elle borde l'ombre.
