Ombres et lumière

Séquence 4 : tous les objets ont-ils une ombre ?
Auteurs : Nicolas DEMARTHE(plus d'infos)
Résumé :
A partir de l’illustration p. 7 de l’album « L’ombre de l’ours » et de l’observation d’objets courants, les élèves commencent à s’interroger sur certaines propriétés des objets et de la lumière. De quelle couleur sont les ombres ? Pourquoi peut-on voir derrière une vitre ? Pourquoi certains objets brillent –ils ? La mise en œuvre des séances suivantes se fera à partir de l’observation de cette image et du questionnement de l’enseignant.
Publication : 4 Juillet 2016
Objectif :
Enjeux principaux : Une ombre est toujours « uniformément noire ». Certains objets n’ont pas d’ombre car ils sont transparents, ils laissent passer la lumière à travers eux, tandis que d’autres renvoient la lumière qui peut arriver dans nos yeux, ce qui permet de les voir. C'est la lumière renvoyée par le sol autour de l'ombre qui définit les contours de l'ombre. Objectifs • s'organiser dans un groupe • émettre des hypothèses et les tester • noter des résultats d'expériences systématiques en utilisant ou créant des tableaux • prévoir et tester des prévisions Vocabulaire • Ombre, lumière, source lumineuse, couleur, sombre, éclairé, opaque, transparent, translucide, métallique, reflet, …
Matériel :

Pour la classe :

  • L’album « L’ombre de l’ours »
  • Un agrandissement en couleur au format A3 ou A4 de l’illustration p. 7


Pour chaque groupe

  • Des objets de couleurs différentes
  • Des filtres  de couleurs
  • Une lampe de poche
  • Un lot d'objets de couleurs différentes
  • Des objets plus ou moins transparents, translucides, opaques
  • Fiches de recueil de résultats

SÉANCE 1 : L'ombre est noire

Collectivement : rappel de la séance précédente (La forme de l’ombre d’un objet et sa taille dépendent de l'objet ET de la position de la source lumineuse par rapport à l'objet). Puis indiquer aux élèves qu’ils vont continuer à travailler à partir de l’album « L’ombre de l’ours » et leur proposer de regarder l’illustration p. 7.

De quelle couleur est l’ombre de l’ours ?
- « Elle est bleue foncée. »…
Est-ce que les ombres ont vraiment des couleurs ?
- « Oui, de la même couleur que l’objet.», « Non elles sont noires. », « Ça dépend de la couleur de l’objet. », …
Les élèves émettent des idées préalables que l’enseignant note sur une affiche.

Le maître donne à chaque groupe d’élève un lot d’objets  de couleurs différentes (en lumière blanche)  ainsi que des filtres et une lampe de poche pour tester leurs hypothèses.

Remarque : Pour réaliser cette expérience, il faut procéder par étapes. Une bonne idée est de prendre un filtre et d’éclairer tous les objets avant de changer de filtre. Cela limitera le nombre d’opérations complexes. De plus, pour organiser le travail, les rôles des élèves devront être clairement définis avant le début de l’expérience. L’un s’occupe de remplir le tableau (en collant les vignettes de la fiche n°XX pour les plus petits), un autre positionnera les objets, un autre tiendra le filtre et le dernier éclairera l’objet.

Par ailleurs, cette expérience ne sera probante que si l’objet est éclairé par une unique source de lumière. Il faudra donc essayer d’être le plus possible dans le noir et d’écarter au maximum les groupes d’élèves. (Voir les explications du phénomène dans l’éclairage scientifique proposé à la fin du module).

En groupe de 4 :
Les élèves éclairent chaque objet à l’aide de lumières de couleurs différentes (pour cela, on utilisera les filtres qui coloreront la lumière de la lampe de poche). Ils doivent à partir de leurs observations, remplir le tableau de la fiche n°2. Le résultat attendu sera de la forme :

Couleur de l'objet en lumière naturelle Blanc Vert Violet
Lumière rouge Ombre noire Ombre noire Ombre noire
Lumière bleue Ombre noire Ombre noire Ombre noire
Lumière jaune Ombre noire Ombre noire Ombre noire

Les élèves vont sans doute remarquer que la couleur de l'objet change selon la couleur de la lumière qui l'éclaire. Ce pourra être noté pour un travail ultérieur sur la lumière

Collectivement : L’enseignant demande à chaque groupe de formuler la conclusion de ses expériences  en présentant et commentant ses dessins et note sur une affiche la synthèse finale.

Conclusion  possible :
L’ombre de n’importe quel objet, éclairé par une unique source de lumière, est toujours noire uniformément, et ceci quelle que soit la couleur de la lumière et quelle que soit la couleur de l'objet.


SÉANCE 2 : Tous les objets ont-ils une ombre ?

Collectivement : Rappel de la séance précédente.

L’enseignant aura préalablement choisi quelques  objets plus ou moins  transparents et de couleurs différentes qu’il présente au tableau : des filtres, des lunettes et les vitres de la classe pourront aussi alimenter la discussion.
Le but de cette séance est de faire classer ces objets par les élèves selon leur degré de transparence.

Poser tout d'abord les questions suivantes :
« Ces objets ont-ils une ombre ? »
Les élèves pourront répondre : « Non car la lumière passe à travers. », « Oui, car on voit une tache verte sur le sol. » (Face à cette réponse, reprendre la séance précédente en précisant bien que les ombres sont noires, et que donc la tache verte n’est pas une ombre)…
Q : «Comment sait-on que la lumière passe à travers ? »
Réponse possible : « Parce qu’on voit à travers », « Parce que sinon il y aurait une ombre » …
Les élèves formulent leurs idées que l’enseignant note sur une affiche.

En groupe de 4 :

Tâche 1 : propriétés des objets par rapport à la lumière

L’enseignant propose aux élèves d’observer un certain nombre d’objets (contenus dans les « pochettes surprises »). Les élèves doivent les classer en trois tas, et énoncer leurs critères. On introduira ensuite le vocabulaire désignant chaque catégorie : opaque (ne laisse pas passer la lumière), translucide (laisse passer une lumière vive, mais on ne voit pas à travers) et transparent (on voit à travers).
Le maître guide le travail de recherche en rappelant ce dont la classe a parlé au début de la séance. Le mot « translucide » ayant peu de chance d’apparaître spontanément, l’enseignant demande aux élèves de disposer une feuille de papier près de la lampe, le côté écrit côté lampe et d’observer ce qu’il se passe.
Question : « est-ce que la feuille  de papier est transparente ou opaque ? ». Réponse possible : «  on ne voit pas ce qui est écrit sur l'autre côté de la page sauf si on met la page devant la lumière. La feuille laisse passer la lumière mais l'encre est opaque ». On introduit la notion de translucide.  

Attention : Certains élèves confondent blanc (ou clair) et transparent. L’enseignant peut alors leur montrer des objets comme une craie ou du lait  (blancs mais pas transparents) pour leur faire comprendre la différence avec du verre (transparent et pas blanc).

En conclusion sur les différences de transparence :
On peut voir à travers certains objets, on dit qu’ils sont transparents. Pour d’autres ce n’est pas le cas : s’ils laissent tout de même passer un peu de lumière, on dit qu’ils sont translucides. Sinon, on dit qu’ils sont opaques.

Tâche 2 : prévoir et tester la formation d'ombre pour ces objets

Après classement de ces objets dans les trois catégories, les élèves vont devoir prévoir lesquels auront une ombre, puis tester leur prévision. Ce faisant ils vont établir un lien entre « clarté » de l'ombre et propriétés de transparence de l'objet : si l'objet est opaque l'ombre est très noire, s'il laisse passer un peu de lumière l'ombre est plus claire et s'il est transparent, il ne produit pas d'ombre.

A la fin de la séance, le maître demande aux élèves de chercher chez eux un objet transparent, un autre translucide et un dernier opaque qu’ils rapporteront pour la séance suivante ; ils devront dire s'ils peuvent produire une ombre de  cet objet.

Remarques :
Deux observations  peuvent être faites lors des expériences :  

  • Certains objets colorent la lumière lorsqu’elle passe à travers.
  • Certains objets brillent à la lumière.

La première des remarques pourra servir lors d'un réinvestissement (défi scientifique), la seconde lors de la séante suivante.

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