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Les ombres et les pénombres
Fiche | Physique
Secondaire
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Une zone d’ombre est une zone qui n’est pas éclairée directement par une source de lumière parce qu'un objet opaque bloque le passage des rayons lumineux.
Une zone de pénombre est une zone qui est partiellement éclairée par une source de lumière. Une partie des rayons lumineux est bloquée par un objet opaque, mais certains rayons permettent d'éclairer la surface.
Enfin, une zone de clarté est une zone totalement éclairée par une source de lumière. Aucun rayon lumineux n'est bloqué pour éclairer cette zone.
La formation des zones d'ombre et de pénombre dépend tout d'abord du type de source lumineuse choisi.
L'ombre formée par une source lumineuse étendue
Pour déterminer la zone d'ombre et de pénombre formées par une source lumineuse étendue éclairant un objet opaque, quatre rayons lumineux doivent être dessinés.
- En partant de l'extrémité supérieure de la source, un premier rayon lumineux est tracé en touchant la partie supérieure de l'objet opaque jusqu'à ce qu'il atteigne l'écran. Un rayon semblable doit être dessiné pour l'extrémité inférieure de la source. Ces rayons sont représentés par la couleur verte dans le schéma ci-dessous. La zone formée entre ces rayons représente la zone d'ombre formée par l'objet.
- En partant de l'extrémité supérieure de la source, un rayon lumineux est tracé en touchant à l'extrémité inférieure de l'objet opaque jusqu'à ce qu'il atteigne l'écran. Un rayon semblable doit être dessiné pour l'extrémité inférieure de la source, qui touchera à l'extrémité supérieure de l'objet opaque jusqu'à ce qu'il atteigne l'écran. Ces rayons sont dessinés en rouge sur le schéma ci-dessous. La zone formée entre les rayons verts et les rayons rouges représente la zone de pénombre.
Toutes les zones qui sont de part et d'autre des zones de pénombre sont totalement éclairées: ce sont des zones de clarté.
L'ombre formée par une source lumineuse ponctuelle
Une source lumineuse ponctuelle ne permet pas la formation de pénombre. Seules des zones d'ombre peuvent être observées. Pour déterminer la zone d'ombre formée par une source lumineuse ponctuelle éclairant un objet opaque, seulement deux rayons lumineux doivent être dessinés.
- En partant de l'extrémité supérieure de la source, un premier rayon lumineux est tracé en touchant la partie supérieure de l'objet opaque jusqu'à ce qu'il atteigne l'écran. Un rayon semblable doit être dessiné pour l'extrémité inférieure de la source. Ces rayons sont représentés par la couleur verte dans le schéma ci-dessous. La zone formée entre ces rayons représente la zone d'ombre formée par l'objet.
Le reste de l'objet opaque ne bloque pas le passage des rayons lumineux: une zone de clarté est donc présente de part et d'autre de la zone d'ombre.
Facteurs influençant la grandeur de l'ombre
Quelques facteurs peuvent influencer la grandeur de l'ombre formée par un objet. Ces facteurs sont:
- Le type de source lumineuse utilisée: une source lumineuse étendue produira une zone d'ombre et de pénombre plus grande qu'une source lumineuse ponctuelle;
- La position de l'objet par rapport à la source: en rapprochant l'objet de la source lumineuse, les zones d'ombre et de pénombre augmenteront;
- La position de l'objet par rapport à l'écran: en éloignant l'écran de l'objet, les zones d'ombre et de pénombre augmenteront.
Facteurs influençant la netteté de l'ombre
Pour obtenir une ombre mieux définie, il faut s'assurer de diminuer, voir annuler les zones de pénombre le plus possible. Pour ce faire, il faut:
- Utiliser une source ponctuelle.
- Éloigner le plus possible la source lumineuse de l'objet.
- Approcher l'objet le plus possible de l'écran.