I. — OMBRE ET PÉNOMBRE

l 1. Corps lumineux. — Si, dans Tobscurité, on porte un corps aune vï température suffisamment élevée, qu'on fasse, par exemple, passer un courant électrique dans le charbon d'une lampe à incandescence, ce corps devient visible ; on dit qu'il est lumineux par lui-même ; la flamme d'une lampe, le soleil, les étoiles, sont dans ce cas. En même temps, les objets environnants apparaissent aussi et deviennent lumineux parce qu'ils sont éclairés par le premier; tous les objets que nous voyons autour de nous, la lune, les planètes, sont ainsi éclairés par le soleil. Que le corps soit lumineux par lui-même ou éclairé par un autre, nous pourrons le regarder comme source lumineuse.

On appelle point lumineux une partie d'un objet lumineux assez petite pour qu'on puisse en négliger les dimensions vis-à-vis des autres longueurs considérées.

2. Rayons lumineux. — Quand, dans une chambre dont on a fermé les volets, on laisse pénétrer la lumière solaire par une ouverture étroite^ elle produit une traînée lumineuse formée de toutes les poussières qu'elle éclaire. Quelle que soit la nature de la lumière-, on dit quV/fe se propage suivant cette traînée lumineuse. Un corps de petites dimensions, placé dans cette traînée, intercepte la lumière

pour tous les graius de poussière situés derrière lui et en ligne . droite avec l'ouverture et seulement pour ceux-là. Donc la lumière ne semble pas pouvoir contourner les obstacles, et se propage en ligne droite, du moins dans un milieu tel que l'air d'une chambre. On pourrait faire une observation semblable avec leau, le verre, et, d'une manière générale, avec tout milieu homogène.

Toute ligne droite suivant laquelle de la lumière se propage s'appelle rayon -lumineux. Comme un point lumineux envoie de la lumière tout autour de lut, on dit qu'il émel des rayons lumineux dans toutes les directions.

Un corps éclairé par un point lumineux reçoit tous ceux de ces rayons qui sont compris à l'intérieur d'un cône ayant pour directrice la surface du corps; l'ensemble de ces rayons forme un faisceau lumineux conigue. L'ouverture de ce cône est d'autant plus petite que le point lumineux est plus loin et le corps plus petit; si le point lumineux est excessivement loin et le corps très petit, tous les rayons peuvent être regardés comme parallèles; on a un faisceau parallèle. Un pinceau lumineux est un faisceau de rayons très étroit.

3. Ombr« prodaile par an point lamlnenx. — Beaucoup de COrps, placés sur le trajet de rayons lumineux, les interceptent complètement: on les appelle opaques.

Soit AB (fîg. 1) une sphère de cette nature exposée aux rayons d'un point lumineux P. Considérons un cône ayant pour sommet le point P et circonscrit k la sphère :

— un point de l'espace

situé & l'intérieur de

ce cône et derrière

la sphère ne reçoit

aucun rayon de lu-

kr. 1. mière; on appelle

cette région la région

de l'ombre. Si un écran est placé derrière la sphère, la trace A'B'

du cône d'ombre sur cet écran délimite une portion qui reste obscure

et qu'on appelle l'ombre portée par la sphère sur l'écran. Cette

ombre est d'autant plus grande que l'objet est plus près du point

lumineux ou l'écran plus loin de l'objet.

4. Ombre produite p«r nne «phère Inmlnease. — Au lieu d'UD point lumineux, imaginons un objet lumineux de dimensions notables, par exemple une sphère PQ (flg. 2), et considérons toujours l'ombre portée par une sphère opaque.

PROPAGATION REGTILIGNE DE LA LUMIKni: 7

Deux cas peuvent se préseoter, suivant que la sphère opaque est plus grande ou plus petite que la sphère lumineuse.

Premier cas (lig. 2). Toute la partie de l'espace situêL' derrière la sphère opaque à Tintérieur d'un cône circonscrit extérieurement aux deux sphères est dans Voynbre : uu observateur placé dans cette région ABA'B' ne verra aucune partie de la sphère lumi- "■ ,.p „neuse.

Toute la région située en dehors d'un cône CDC'D' circonscrit inierEeurenienfauii -'^ deu\ sphères est, au contraire, en pleine lumière : un observateur y verra tout l'hémisphère tourné vers lui.

Considérons enfin un point fi^. s.

M situé entre les deux cônes

et derrière la sphère opaque; un observateur placé en M ne verra, ainsi que le représente la figure 3, que la partie de la sphère lumineuse comprise en dehors d'un cAne ayant pour sommet le point M et circonscrit h la sphère opaque ; cette partie sera d'autant plus petite que le point M sera plus rapproché du c6ne d'ombre, d'autant plus grande qu'il sera plus rapproché du cûne de lumière; toute la région comprise entre le cône d'ombre au delà du cercle AB, la zone ABCD de la sphère opaque, et le cûne de lumière au delà du cercle CD, s'appelle la pé- Fig, 3.

nombre.

L'ombre et la pénombre s'étendent indéliniment derrière le corps opaque.

La pénombre est d'autant plus étroite et l'ombre portée sur un écran d'autant plus nette que le corps lumineux est plus petit et que récran est plus rapproché du corps opaque.

Second cas (fig, 4). Supposons maintenant la sphère opaque plus petite que la sphère lumineuse. Le cône circonscrit extérieurement

aux deux sphères a, son sommet S du cAté de la sphère opaque, el l'ombre ne s'étend que jusqu'à ce point. La pénombre est encore limitée par le cAne circonscrit intérieurement aux deux sphères el s'étend indéfiniment derrière le corps opaque. La partie de la

pénombre, qui se trouve h l'intérieur du cane opposé par le sommet au cûne d'ombre, est caractérisée par celte circonstance qu'un observateur (placé, par exemple, en M) y verrait la sphère lumineuse comme un anneau autour de la sphère opaque (fig. 5).

Un écran placé derrière la sphère opaque présenterait une ombre portée entourée d'une pénombre d'autant plus Ivge que l'écran serait plus éloigné; au delà du point S, on n'y verrait plus d'ombre proprement dite, mais une tache plus sombre au milieu que vers les bords. C'est le cas des objets exposés au soleil : sur un écran placé dans Fig. 5. le voisinage, ils projettent une ombre bien

nette; plus loin, l'ombre est diffuse smses bords, et, à une distance très grande, on la voit à peine.

o. Éclipses. — Les éclipses de lune et de soleil sont des exemples remarquables du dernier cas que nous venons d'examiner.

La terre, qui est beaucoup plus petite que le soleil, projette derrière elle un cône d'ombre limité, mais assez long, toutefois, pour atteindre la lune quand celle-ci se trouve en ligne droite avec tes deux autres astres : on voit alors une ombre mal définie, car elle

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Fig. 6.

est bordée d'une pénombre, s'étendre peu à peu sur le disque lunaire.

Quand, au contraire, la lune se trouve entre le soleil et la terre, elle projette son cône d'om,bre vers la terre. La distance des deux astres étant variable, il se trouve que ce cône d'ombre est tantôt assez étendu, tantôt trop court pour atteindre la terre; dans le premier cas, l'ombre de la lune, qui n'a jamais ^ii."

que quelques lieues de large, passe comme l'ombre d'un nuage à la surface de la terre, et, pour tous les points qu'elle rencontre, l'éclipsé de soleil est totale, dans le second cas, la pénombre seule atteint la terre; en un point situé dans le cône d'ombre, oa voit le soleil comme un anneau autour de la lune; l'éclipsé est dite annulaire.

6. Images par les petites ouvertures. — Considérons un point lumineux P (fig. 6) placé devant un écran E percé d'une ouverture 0 de forme quelconque. Les rayons lumineux qui passent au travers de cette ouverture forment un faisceau conique ayant pour vE

directrice le contour de l'ou- • verture et, s'ils rencontrent un écran E' parallèle au premier, il^ y forment une tache lumineuse géométriquement semblable à l'ouverture 0.

Cette tache lumineuse sera d'autant plus petite que l'ouverture 0 sera elle-même plus étroite.

Au lieu d'un point, imaginons un objet lumineux AB (fig. 7).

Le point A formera sur l'écraîi E' une tache lumineuse A' ayant la même forme que l'ouverture 0, etc., le point B, une tache B'. La disposition générale de ces taches sera précisément inverse de celle des points de l'objet; il en résultera sur l'écran E' une image renversée de l'objet; mais, les taches lumineuses correspondant aux

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iO OPTIQUE

divers points empiétant d'autant plus les unes sur les autres que l'ouverture 0 est plus large, l'image sera, en général, confuse. En perçant une ouverture au volet d'une chambre obscure, on voit ainsi se former, sur un écran blanc placé contre la paroi opposée, une image légèrement confuse des objets placés à l'extérieur.

Si l'ouverture est très étroite, l'image devra être nette; mais, le trou ne laissant alors passer que peu de lumière, on ne verra cette image que quand l'objet sera excessivement lumineux. C'est, par exemple, ce qui se produit quand la lumière du soleil passe au travers d'étroits interstices : on voit se dessiner des ronds lumineux qui sont autant d'images du soleil produites par des ouvertures de forme quelconque.

Quand l'objet est peu lumineux, on peut en obtenir des images photographiques nettes à l'aide de poses suffisamment prolongées ; ces images ont ce caractère particulier de ne pas exiger de mise au point et de ne présenter aucune déformation.