À propos de cette expérience
Une ombre se forme là où un objet bloque la lumière. Comme la lumière se déplace en ligne droite, tu peux prévoir exactement où se trouvera une ombre et quelle sera sa taille. Déplace une lampe torche et une silhouette découpée dans une pièce, puis observe l’ombre grandir et rétrécir sur le sol et le mur. Ensuite, sors : plante un bâton de 1 m dans la cour de récréation et observe son ombre tourner et changer de longueur tandis que le Soleil traverse le ciel, en été comme en hiver.
Objectifs pédagogiques
- Expliquer qu’une ombre est la zone sombre où un objet bloque la lumière
- Utiliser des rayons lumineux rectilignes pour prévoir la taille et la position d’une ombre
- Décrire comment une ombre s’agrandit lorsque l’objet se rapproche de la source lumineuse
- Classer les matériaux en opaques, translucides et transparents selon les ombres qu’ils produisent
- Décrire comment la longueur et la direction de l’ombre du Soleil changent au cours de la journée et de l’année
Comment l’utiliser
- 1Commence avec la lampe torche placée bas et la figurine tout près. Observe l’ombre sur le mur. Fais lentement glisser la figurine vers le mur et décris ce qui arrive à l’ombre.
- 2Replace la figurine à 1,2 m. Lève la lampe torche et observe l’ombre descendre le long du mur jusqu’au sol. À partir de quand l’ombre n’atteint-elle plus le mur ?
- 3Active les rayons lumineux. Suis le rayon qui effleure le sommet de la tête : le bord de l’ombre se trouve à l’endroit où ce rayon arrive.
- 4Remplace le matériau par un matériau translucide, puis transparent. Compare l’intensité de l’ombre dans chaque cas.
- 5Passe à « Soleil et bâton ». Appuie sur « Lancer la journée » et observe l’ombre du bâton. À quelle heure est-elle la plus courte ? Dans quelle direction pointe-t-elle à midi ?
- 6Compare juin et décembre à 9 h et à 12 h. Pendant quel mois les ombres de midi sont-elles plus longues ?
Le modèle
Hypothèses
- La lampe torche est une source lumineuse ponctuelle, donc les ombres ont des contours nets. Une vraie lampe torche possède une grande ampoule et produit un contour doux et flou appelé pénombre.
- La figure est une silhouette plate découpée, tournée vers le mur, et le mur se trouve à 3 m de la lampe torche.
- La vue du Soleil correspond à un lieu situé à 40° de latitude nord (par exemple Madrid, Pékin ou New York) et utilise l’heure solaire locale : le Soleil est donc au plus haut à midi. Au sud de l’équateur, le Soleil se trouve au nord à midi.
- Les matériaux translucides et transparents sont représentés avec une quantité fixe de lumière qui les traverse. Dans la réalité, cette quantité varie selon les matériaux.
À essayer en classe
- Q1Pour un spectacle de marionnettes d’ombres, tu veux projeter sur le mur une ombre géante de ta main. Où dois-tu placer ta main ?
- Q2Pourquoi l’ombre d’un arbre pointe-t-elle dans la direction opposée l’après-midi par rapport au matin ?
- Q3Un ami dit que l’ombre est plus grande parce que la lampe torche éclaire davantage. Est-ce vrai ? Comment pourrais-tu le vérifier ?
- Q4Pourquoi une ombre à midi en juin est-elle plus courte qu’une ombre à midi en décembre ?
- Q5Quel matériau conviendrait le mieux pour des rideaux de chambre : opaque, translucide ou transparent ? Pourquoi ?
Foire aux questions
Pourquoi une ombre a-t-elle la même forme que l’objet ?
La lumière se propage en ligne droite. Ainsi, la lumière qui serait passée par les bords de l’objet continue en ligne droite jusqu’au mur. Le bord de l’ombre suit le contour de l’objet, étiré ou rétréci selon les distances.
Pourquoi l’ombre grandit-elle quand l’objet est plus près de la lampe torche ?
Près de la lampe torche, l’objet bloque un éventail plus large de rayons lumineux. Ces rayons continuent de s’écarter en allant vers le mur, si bien que la tache sombre qu’ils laissent est plus grande.
Mon ombre est-elle la plus courte à 12 heures ?
Elle est la plus courte lorsque le Soleil est au plus haut dans le ciel, un moment appelé midi solaire. À cause des fuseaux horaires et de l’heure d’été, cela peut correspondre à une heure comprise entre environ 11 h 30 et 13 h 30.
Pourquoi une ombre n’est-elle pas complètement noire ?
La lumière rebondit sur les murs, le sol et le ciel, et une partie atteint l’ombre depuis d’autres directions. C’est pourquoi on peut encore voir des choses à l’intérieur d’une ombre.