CHAPITRE PREMIER

411. Propagation rectUigne. — Quand une source de lumière S est cachée à notre œil par un écran opaque E, il suffît d'écarter l'écran de façon à découvrir la ligne droite SO pour que l'œil voie la lumière. Ce fait d'expérience vulgaire a été érigé

Fig. 164

en principe. Nous admettrons donc, sous réserve d'une discussion ultérieure, que dans un milieu homogène la lumière se meut en ligne droite. Toute droite suivant laquelle se meut la lumière prend le nom de rayon.

Ce principe explique aisément les phénomènes bien connus des ombres et de la chambre obscure.

Ombres. — On voit immédiatement que sur un corps mis en présence d'un point lumineux la partie éclairée est limitée par la courbe de contact d'un cône parlant du point et circonscrit au corps, et que la portion de l'espace comprise à l'intérieur de ce

cône d'ombre au delà Je la courbe de contact avec le corps est

tout entière dans l'obscurité.

Fig. 16Ï

Lorsque la source lumineuse a des dimensions sensibles, outre l'ombre régnant dans toute la parlie postérieure du cône circonscrit extérieurement, il y a une pénombre, limitée par le cône cir-

Fig. 166

conscrit intérieurement au corps et à la source : pour un point quelconque du champ situé dans ce cône au delà de la courbe de contact avec le corps et en dehors de l'ombre, un éclairement partiel forme transition entre l'obscurité complète et la pleine lumière.

La figure 166 montre (a distribution de l'ombre et de la pénombre pour deux sphères éclairées par un globe lumineux. L'une des sphères est plus grosse que le globe, l'autre plus petite.

Dans le premier cas, qui se présente fréquemment avec nos luminaires artificiels, l'œil placé en un point P de l'espace compris au delà du corps entre les deux cônes voit la partie mnpn' de la

Fîg. :

Hg.

source. Un écran établi en P reçoit ta lumière de cette portion : la pénombre sera d'autant moins large, par conséquent l'ombre d'autant mieux accusée, que la source sera plus petite et l'écran plus rapproché.

Au deuxième cas se rapporte l'éclairement par le soleil. L'ombre laissée par le soleil sur un objet terrestre se limite très nettement. Elle est encore très distincte sur un écran rapproché de l'objet; maïs au fur et à mesure que l'écran est éloigné, la pénombre s'élargit, l'ombre se rétrécit et finit par s'effacer. Comme tout à l'heure, l'œil placé entre les deux, cônes voit une portion de la source d'autant plus grande qu'il s'écarte davantage de l'ombre. Circonstance nouvelle, la partie visible de la source peut affecter la forme d'un anneau lumineux entourant le corps opaque : telle sera l'apparence pour l'œil placé en Q au delà du sommet S du cône d'ombre.

Ces considérations s'appliquent aux éclipses.

Derrière la terre se projette un cône d'ombre beaucoup plus long

que le rayon de l'orbite lunaire : la lune (lorsqu'elle est pleine) peut être rencontrée par ce cône d'ombre, et comme il est suffisamment large, elle peut y disparaître en entier. Ainsi l'interposition de la terre entre le soleil et la lune produit les éclipses de lune,

éclipses partielles quand la lune ne pénètre qu'en partie dans le cône d'ombre de la terre, éclipses totales quand elle y entre complètement.

La lune entraîne aussi derrière elle un cône d'ombre, dont l'axe

Fig. i 7 o

peut rencontrer la (erre (à la nouvelle lune), la pointe du cône dépassant notre planète ou restant en deçà selon tes circonstances. Si l'ombre arrive jusqu'à la terre, il y a éclipse totale de soleil pour tous les points que cette ombre vient à couvrir : le soleil leur

est momentanément masqué comme par un nuage qui se déplacerait rapidement d'un bord à l'autre de l'hémisphère terrestre éclairé. Si c'est seulement le prolongement du cône d'ombre qui rencontre la terre, l'éclipsé est annulaire pour tous les points

successivement atteints par ce prolongement. De part et d'autre de la bande étroite sur laquelle l'éclipsé est totale ou annulaire, s'étend d'ailleurs un large espace où l'on observe une éclipse partielle, de plus en plus faible à mesure qu'on s'approche de la surface du cône de pénombre, en dehors duquel tout phénomène disparaît.

Chambre obscure. — Quand la lumière venant d'objets entérieurs convenablement éclairés pénètre dans une chambre obscure par une ouverture étroite, elle donne sur un écran blanc opposé à l'ouverture un tableau renversé de ces objets. Si l'on considère chaque point extérieur comme le sommet d'un cône de rayons circonscrit à l'ouverture et marquant sur l'écran une petite tache lumineuse, on comprend immédiatement et la formation

Kig. 17a

et les imperfections du tableau. On conçoit aisément que la forme de l'ouverture, supposée toujours très petite, n'a pas d'effet sensible, hormis sur les bords (').

Très anciennement connue sans doute, la chambre obscure fournit à Léonard de Vinci {*) l'indication exacte du rôle de l'œil dans la

(') Si dans ce tableau on veut distinguer les cinq qualités d'une image optique, nature, situation, grandeur, clarté et netteté, on dira que l'image est réelle et renversée, que sa grandeur est à celle de l'objet comme leurs distances respectives à l'ouverture, que la clarté est directement proportionnelle à la surface de l'ouverture et inversement proportionnelle aux carrés des distances de l'image et de l'objet à l'ouverture, tandis que la netteté est d'autant plus grande que la surface de l'ouverture est plus petite et la distance de l'objet plus grande.

(■) Vinci (Leonardo de) (1452-1519). (Euvres manuscrites.

vision. Porta (') remplaça l'ouverture étroite par une large lentille, ce qui augmenta à la fois la clarté et la netteté de l'image, comme on le verra plus loin.

Un cas particulier du phénomène précédent est l'apparence du pinceau solaire transmis par une ouverture étroite. Quelle que soit

la forme de celte ouverture, la section du pinceau par un plan perpendiculaire à sa direction est un cercle légèrement estompé sur les bords ; si le plan est oblique, la section est une ellipse. Tout le monde sait que la lumière du soleil, tamisée par le feuillage d'un arbre, dessine sur le sol des taches lumineuses circulaires ou elliptiques. Pendant une éclipse de soleil, ces taches se changent en croissants d'autant plus accusés que l'éclipsé est plus complète.

(' Port* (Giambattista délia), Magia naturalis, 2° édit., 1589. La première édition de ce livre, écrit par Porta à l'âge de quinze ans, avait paru à Naples en 1533, avait été réimprimée en 1558, reproduite à Anvers en 1564 et traduite dans toutes les langues.