CORPS OPAQUES, CORPS TRANSLUCIDES, CORPS TRANSPARENTS

— Une lame de métal ne permet pas de distinguer les objets éclairés qui sont derrière ; en outre, si un métal entoure complètement la source lumineuse, à moins qu'il ne. soit d'une extrême minceur, il produit l'obscurité. On dit que la lumière ne traverse pas le métal, et tout corps qui jouit de cette propriété est appelé un corps opaque.

Une lame de verre dépoli ne permet pas non plus de distinguer les objets qui sont derrière elle ; mais pourtant elle laisse passer la lumière d'une source lumineuse, car, si un verre dépoli entoure complètement la flamme d'une lampe, la pièce reste éclairée; les corps qui jouissent de la propriété optique du verre dépoli sont appelés corps translucides.

Enfin, une lame de verre polie sur ses deux faces non seulement permet à la lumière d'une source de passer au travers, comme le verre dépoli, mais aussi elle permet de voir nettement les objets placés derrière elle; les corps, qui jouissent de la propriété optique du verre poli, sont appelés corps transparents.

Il est bon de faire remarquer qu'il y a des transitions entre les corps transparents, les corps translucides et les corps opaques. Un morceau de verre enfumé, un peu épais, nous paraît opaque, 6i nous essayons de regarder au travers des objets peu éclairés; mais il nous laisse voir le disque du Soleil, parce que celui-ci envoie beaucoup de lumière.

Du reste, l'opacité ou la transparence dépendent aussi de la couleur de la lumière, certains corps étant opaques pour une couleur et transparents pour une autre ; nous ne faisons que signaler ici cette propriété, que nous étudierons plus loin.

4. PROPAGATION DE LA LUMIÈRE. - RATON LUMINEUX. — Si Ton vient à placer un corps opaque sur la ligne droite OA, qui joint l'œil à un point A d'une source lumineuse, co point A cesse d'être vu. Si le corps opaque interposé est une plaque percée d'un trou, il faut placer le trou de cet écran sur la ligne droite OApour que le point A soit vu; et, si plusieurs écrans percés de trous sont placés entre le point lumineux et l'œil, il faut que tous ces trous soient sur la ligne droite OA p8ur que l'œil voie le point A.

On exprime ce fait en disant que la lumière se propage en ligne droite. Du reste, il n'en est ainsi qu'à la condition que le milieu traversé par la lumière soit homogène. Nous verrons plus loin que la lumière peut se propager suivant une ligne brisée, si le milieu est hétérogène, et même suivant une ligne courbe, si les propriétés du milieu varient d'une façon continue.

Quelle que soit la nature du milieu, on appelle rayon lumineux la ligne droite , brisée ou courbe, suivant laquelle il faut disposer tous les trous des écrans pour que la lumière émise par un point lumineux puisse les traverser. C'est encore le lieu géométrique des points situés derrière un écran percé d'un trou, et qui sont éclairés par un point de la source lumineuse. Ainsi, quand on vient à pratiquer une petite ouverture dans le volet d'une pièce obscure, la lumière envoyée par le Soleil et qui traverse le trou, éclaire sur son passage toutes les poussières qui flottent dans l'air, les rend visibles, ce qui dessine le rayon lumineux, ou plus exactement l'ensemble

des rayons lumineux correspondant à chacun des points du Soleil (l).

Dans ce qui suivra, toutes les fois que nous n'indiquerons pas spécialement que le milieu traversé par la lumière est hétérogène, il sera entendu que le milieu dont il s'agit est homogène, et, par conséquent, que le rayon lumineux est une ligne droite.

En général, un point lumineux envoie de la lumière de tous côtés, c'est-à-dire que, quelle que soit, autour de ce point, la position d'un écran percé d'un trou, il passe par celui-ci un rayon lumineux. On peut dire, d'après cela, que ce point lumineux émet des rayons dans toutes les directions.

Les faits d'observations et d'expériences qui nous ont servi à établir la notion du rayon lumineux, et ceux qui nous montreront comment est modifiée la marche des rayons dans le cas où ils frappent une surface polie (réûexiou), ou traversent la surface de séparation de deux milieux transparents (réfraction), suffisent pour qu'à l'aida de la géométrie, on puisse en déduire un grand norîibre de propriétés de la lumière. En particulier, ils ont suffi pour conduire à l'invention de la plupart des instruments d'optique (microscope, télescope, etc.). Aussi, a-t-on donné le nom d'Optique géométrique à cette partie de l'Optique.

C'est par elle que nous commencerons.

5. OMBRE. — Supposons que devant une source lumineuse de dimension négligeable, devant un point lumineux S, nous pla-

(1) Pour que la définition que nous venons de donner du rayon lumineux fût précise au point de vue mathématique, il faudrait ajouter que les trous des écrans sont de dimensions infiniment petites ; on doit bien se garder d'ajouter ce complément à la définition : en effet, si les trous des écrans deviennent très petits, par exemple de la grossour de celui que ferait dans une carte la pointe d'une fine aiguille à coudre , le phénomène optique change complètement. Dans un milieu homogène, au lieu d'avoir de la lumière seulement suivant la ligne droite qui joint un trou au trou précédent, on en trouve dans tout l'espace situé derrière l'écran. Nous étudierons plus loin ce phénomène, connu sous le nom de diffraction, et, connaissant mieux les phénomènes optiques, nous pourrons préciser la définition du rayon lumineux pour qu'elle ne laisse rien à désirer au point de vue de la rigueur mathématique.

cions un corps opaque A (fig. 1). Tout point qui, comme le point Lf est tel que la droite qui le joint au point S ne traverse pas le corps A, est éclairé par S; tout point qui, comme le point 0, est tel, au contraire, que la droite qui le joint au point S traverse le corps A, n'est pas éclairé par S, puisque le rayon lumineux SM, qui peut lui arriver, est arrêté par le corps opaque : ce point est dans l'ombre.

Fie. i.

Il est évident que la limite de l'ombre est formée par la portion située derrière le corps A de la surface engendrée pnr une droite ST qui passerait par S et qui s'appuierait constamment dans son mouvement sur le pourtour du corps opaque A, c'est-à-dire de la surface du cône ayant la source pour sommet et tangent au corps opaque (cône <fombre). Bien entendu, du côté de la source lumineuse, l'ombre est limitée par la partie de la surface du corps placée en avant de la ligne de contact de ce cône, et, de l'autre côté, l'ombre s'étend indéfiniment.

Par exemple, supposons que le corps opaque A soit une sphère; dans ce cas, le cône d'ombre est de révolution. Si le point lumineux S éclaire un plan au-devant duquel est placé la sphère opaque A, la portion de ce plan dans l'ombre aura comme contour une section conique , en général une ellipse ou une branche d'hyperbole, suivant la position du plan, et pour des positions particulières, ce contour peut prendre la forme d'une parabole ou d'un cercle.

6. PÉNOMBRE. — Les sources lumineuses réelles ne sont pas réduites à des points mathématiques, elles ont une certaine dimension. Il en résulte, comme nous allons le montrer, que la partie dans l'ombre n'est pas séparée de la partie en pleine lumière par une surface géométrique, mais qu'il existe autour de l'ombre une région éclairée par une portion de la source lumineuse seulement, qui forme une transition entro l'ombre et la partie éclairée par tous les points de la source. C'est cette région intermédiaire qu'on appelle la pénombre.

A chaque point de la source, en effet, correspond un cône d'ombre. Il se trouve évidemment derrière le corps opaque A (fîg. 2),

Kic 3

une partie commune à tous les cônes d'ombre, et qui, par conséquent, ne reçoit de lumière d'aucun des points de la source : c'est F ombre proprement dite. Il y a aussi des parties de l'espace qui, étant en dehors de tous les cônes d'ombre, sont éclairées par tous les points de la source. Enfin, il existe des points de l'espace, tels que P, compris à l'intérieur des cônes d'ombre correspondant à certains points de la source, non éclairés par

ces points, par conséquent, mais qui, étant en dehors des cônes d'ombre des autres points de la source, sont éclairés par ceuxci : ces points P sont dans la pénombre.

Pour décider si un point lumineux appartient à l'ombre, à la pénombre ou à la partie éclairée par tous les points de la source, il faut prendre ce point comme sommet d'un cône tangent au corps opaque. Si le cône, comme le cône C^OO^, contient toute la source à son intérieur, le sommet 0 de ce cône est dans l'ombre, puisque les rayons lumineux issus des divers points de la source et qui pourraient aboutir en 0 sont des droites contenues à l'intérieur du cône, rencontrant, par conséquent, le corps opaque. Si le cône, comme le cône PtPPa, contient une portion seulement de la source, la partie contenue à l'intérieur n'envoie pas de lumière au sommet P du cône, mais la portion de la source extérieure au cône éclaire le point P : ce point appartient à la pénombre. Enfin, si le cône, comme le cône LtLL3, laisse toute la source en dehors de lui, tous les points de celle-ci éclairent son sommet L : ce point est en pleine lumière.

On voit par là que plus un point P de la pénombre est près de l'ombre, plus faible est la portion de la source qui réclaire. C'est donc par degrés continus qu'on passe, en traversant la pénombre, de l'ombre complète à la lumière complète.

On voit aussi que plus est petit l'angle solide sous lequel on voit la source à la dislance où l'on considère le phénomène, plus la pénombre est étroite (f) ; et que plus on est près du corps opaque, plus faible aussi est l'épaisseur de la pénombre. C'est ainsi que la source lumineuse étant le Soleil, l'ombre portée sur le sol par un objet placé près de lui n'est entouré que d'une pénombre insensible, tandis que l'ombre projetée par une maison dont le faite est assez loin du sol a, au contraire, une pénombre très appréciable.