Propagation rectiligne : ombres et sténopé
Problème : Comment la propagation rectiligne de la lumière permet-elle d'expliquer les ombres et de mesurer la taille d'un objet lointain ?
Durée : 55 min · Travail en binôme
🧰 Matériel (par binôme)
- 1 lampe à filament court ou LED de petite taille (« source ponctuelle ») sur support
- 1 objet opaque (carton découpé de 4 cm de haut) sur support
- 1 écran blanc et 1 banc d'optique gradué (ou règle de 1 m)
- 3 cartons percés d'un trou + supports, 1 pointeur laser de classe 2 (manipulé par le professeur)
- 1 sténopé (boîte à chaussures percée d'un trou, fond en papier calque) + règle
- 1 lampe-flèche lumineuse (objet lumineux de taille connue)
⚠️ Sécurité
- Laser : ne jamais diriger le faisceau vers les yeux ; seul le professeur le manipule, à hauteur de table.
- Ne jamais regarder le Soleil, ni directement ni à travers le sténopé.
- Lampes : ne pas toucher l'ampoule chaude.
🧪 Protocole
- Partie A — Alignement. Aligne les trois cartons percés pour voir la lampe à travers. Déplace celui du milieu. Observe. Le professeur matérialise le faisceau laser avec un peu de poussière de craie.
- Partie B — Ombres. Place l'écran à 100 cm de la lampe. Mesure la hauteur de l'ombre de l'objet pour d = 20, 40, 60 et 80 cm (distance lampe–objet).
- Partie C — Sténopé. Vise la lampe-flèche (hauteur connue) placée à une distance D mesurée ; mesure la hauteur de l'image sur le calque et la profondeur L de la boîte.
- Calcule la hauteur de la flèche à partir de tes mesures et compare avec sa hauteur réelle.
Schéma du montage
📝 Résultats et exploitation
| d (cm) | 20 | 40 | 60 | 80 |
|---|---|---|---|---|
| hauteur de l'ombre (cm) | ||||
| d × h (cm²) |
| D (cm) | L (cm) | hauteur de l'image (cm) | hauteur calculée de la flèche (cm) | hauteur réelle (cm) |
|---|---|---|---|---|
1. Partie A : quelle propriété de la lumière l'expérience des trois cartons met-elle en évidence ?
2. Partie B : fais un schéma (vue de côté) avec les rayons limitant l'ombre. Comment varie la taille de l'ombre avec d ?
3. Que remarques-tu pour le produit d × h ? Interprète avec la géométrie (Thalès).
4. Partie C : pourquoi l'image dans le sténopé est-elle renversée ?
5. Calcule la hauteur de la flèche et compare à la valeur réelle. Propose une source d'erreur.