À propos de cette page
Ce cours de physique en sixième sur « Lumière et vision » suit le programme officiel de physique de sixième. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : Sources lumineuses et objets éclairés, La propagation rectiligne de la lumière, Vitesse de la lumière, Formation des ombres. Chaque notion est expliquée pas à pas, puis mise en pratique grâce à des exercices interactifs, un QCM et une évaluation corrigée. Idéal pour réviser à son rythme, combler ses lacunes et progresser, en autonomie ou avec un professeur. Cours rédigé par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de sixième à réussir en physique.
Au programme
1 · Sources lumineuses et objets éclairés
2 · La propagation rectiligne de la lumière
3 · Vitesse de la lumière
4 · Formation des ombres
5 · La pénombre et les éclipses
6 · Vision et trajet de la lumière
7 · Lumières colorées et lumière blanche
1Sources lumineuses et objets éclairés
Pour voir un objet, il faut que de la lumière entre dans nos yeux. Cette lumière peut provenir de deux types d'objets :
Source lumineuse (source primaire). Un objet qui produit et émet sa propre lumière. Exemples : le Soleil, une ampoule allumée, une bougie, un écran de téléphone, les étoiles.
Objet éclairé (source secondaire). Un objet qui reçoit de la lumière et en renvoie (réfléchit) une partie vers nos yeux. Exemples : la Lune, un livre, un mur blanc, la Terre vue de l'espace.
La Lune n'est pas une source lumineuse : elle renvoie la lumière reçue du Soleil. Sans lumière du Soleil, la Lune serait invisible.
Astuce. Pour savoir si un objet est une source lumineuse, demande-toi : « Est-ce qu'il produit lui-même de la lumière ou se contente-t-il de la réfléchir ? »
| Type | Exemples | Produit sa lumière ? |
|---|
| Source primaire | Soleil, ampoule, bougie, étoile | Oui |
| Source secondaire | Lune, livre, écran (passif), Terre | Non (réfléchit) |
2La propagation rectiligne de la lumière
Propagation rectiligne. Dans un milieu transparent et homogène (air, eau calme, verre), la lumière se propage en ligne droite.
On peut vérifier cette propriété avec l'expérience des trois écrans troués alignés : si les trous sont bien alignés, la lumière passe ; si l'un des écrans est décalé, la lumière est bloquée.
Exemple. Un rayon laser dans de la fumée ou de la poussière trace une ligne parfaitement droite, ce qui illustre la propagation rectiligne.
La propagation rectiligne explique pourquoi :
- On ne peut pas voir « derrière un mur » (obstacle opaque).
- Les ombres se forment derrière les objets qui bloquent la lumière.
- On peut viser avec un fusil ou un télescope en alignant des points.
Attention ! La lumière change de direction quand elle change de milieu (réfraction, ex. paille dans un verre d'eau) ou quand elle rencontre un miroir (réflexion). Ces phénomènes seront étudiés en 4e/3e. En 6e, on se limite à la propagation rectiligne dans un seul milieu homogène.
3Vitesse de la lumière
Vitesse de la lumière dans le vide. La lumière se propage à environ 300 000 km/s, soit 3 × 108 m/s. C'est la vitesse limite de l'univers.
Cette vitesse est tellement grande qu'on ne la perçoit pas dans notre quotidien. Par exemple :
| Trajet | Distance | Durée |
|---|
| Tour de la Terre | 40 000 km | ≈ 0,13 s |
| Terre → Lune | 384 000 km | ≈ 1,3 s |
| Terre → Soleil | 150 millions de km | ≈ 8 min 20 s |
| Terre → étoile la plus proche (Proxima) | 4 × 1013 km | ≈ 4,2 ans |
L'unité année-lumière désigne la distance parcourue par la lumière en un an : environ 9 461 milliards de km. Quand on observe une étoile lointaine, on la voit telle qu'elle était il y a des années, voire des millénaires.
Astuce. La formule de base est : distance = vitesse × durée. En physique, on écrira souvent d = v × t.
4Formation des ombres
Lorsqu'un objet opaque (qui ne laisse pas passer la lumière) est placé devant une source lumineuse, il crée une zone privée de lumière derrière lui.
Ombre propre. Zone sombre sur l'objet lui-même, du côté opposé à la source lumineuse.
Ombre portée. Zone sombre projetée sur un écran ou sur le sol derrière l'objet.
La taille de l'ombre portée dépend :
- de la taille de l'objet : un objet plus grand donne une ombre plus grande ;
- de la distance objet-source : plus l'objet est proche de la source, plus l'ombre est grande ;
- de la distance objet-écran : plus l'écran est loin, plus l'ombre est grande.
Exemple. Un enfant debout au soleil projette une ombre sur le sol. Le matin et le soir, l'ombre est allongée ; à midi, l'ombre est courte car le Soleil est haut.
Attention ! Distingue bien la forme de l'ombre portée (qui suit le contour de l'objet) de sa taille (qui dépend des distances).
5La pénombre et les éclipses
Avec une source lumineuse étendue (plus grande qu'un point), l'ombre n'est pas nette : il existe une zone intermédiaire appelée pénombre.
Pénombre. Zone partiellement éclairée autour de l'ombre. Dans la pénombre, la source lumineuse n'est que partiellement cachée par l'objet opaque.
Les éclipses sont un phénomène astronomique qui illustre parfaitement ombres et pénombres :
| Type d'éclipse | Description |
|---|
| Éclipse totale de Soleil | La Lune masque entièrement le Soleil depuis la Terre (ombre de la Lune). |
| Éclipse partielle de Soleil | La Lune ne masque qu'une partie du Soleil (pénombre de la Lune). |
| Éclipse de Lune | La Terre se place entre le Soleil et la Lune ; la Lune entre dans l'ombre de la Terre. |
Astuce. Lors d'une éclipse totale de Soleil, seuls les observateurs situés dans l'ombre de la Lune voient l'éclipse totale. Ceux dans la pénombre voient une éclipse partielle.
6Vision et trajet de la lumière
On voit un objet lorsque la lumière qu'il émet ou qu'il diffuse entre dans notre œil. Le trajet de la lumière va toujours de l'objet vers l'œil.
Condition de vision. Pour voir un objet, il faut :
1. Que l'objet soit éclairé ou qu'il soit source lumineuse.
2. Qu'un chemin de lumière (en ligne droite) existe entre l'objet et l'œil.
3. Que la lumière entre dans l'œil.
Un objet transparent laisse passer la lumière sans la bloquer. Un objet translucide laisse passer la lumière en la diffusant (ex. verre dépoli). Un objet opaque bloque totalement la lumière.
| Matière | Comportement | Exemples |
|---|
| Transparente | Laisse passer la lumière | Verre clair, air, eau |
| Translucide | Laisse passer en diffusant | Verre dépoli, papier calque |
| Opaque | Bloque la lumière | Bois, métal, carton |
Attention ! Ne jamais regarder le Soleil directement, même quelques secondes : sa lumière intense peut détruire irrémédiablement la rétine.
7Lumières colorées et lumière blanche
La lumière blanche, comme celle du Soleil, est en réalité composée de toutes les couleurs de l'arc-en-ciel.
Spectre de la lumière blanche. Quand la lumière blanche traverse un prisme (ou des gouttes d'eau), elle se décompose en un ensemble de couleurs appelé spectre : rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo, violet.
Ce phénomène s'appelle la dispersion de la lumière. L'arc-en-ciel est un exemple naturel de dispersion : les gouttes de pluie jouent le rôle de prismes.
Exemple. Un disque de Newton est un disque sur lequel sont peintes les sept couleurs du spectre. Quand on le fait tourner très vite, il paraît blanc, ce qui confirme que la lumière blanche est la synthèse de toutes les couleurs.
Astuce. Moyen mnémotechnique pour retenir les couleurs du spectre dans l'ordre : Rouge Orange Jaune Vert Bleu Indigo Violet → « Roi Orangé Joue Vivement Bien Ici à Versailles ».
★À retenir
À retenir :
• Une source lumineuse produit sa propre lumière (Soleil, ampoule) ; un objet éclairé la réfléchit (Lune, livre).
• La lumière se propage en ligne droite dans un milieu homogène (propagation rectiligne).
• La vitesse de la lumière dans le vide est d'environ 300 000 km/s.
• Un objet opaque forme une ombre propre et une ombre portée.
• Avec une source étendue, il existe une zone de pénombre autour de l'ombre.
• Pour voir un objet, la lumière doit aller de cet objet jusqu'à notre œil en ligne droite.
• La lumière blanche est composée de toutes les couleurs du spectre (rouge → violet).