NOTIONS PRELIMINAIRES

585. PRODUCTION. On appelle Optique la partie de la physique qui a pour but d'étudier les phénomènes produits par l'agent naturel appelé lumière. Ce fluide , analogue dans sa nature à l'électricité et surtout au calorique , se produit ordinairement aux mêmes sources que ce dernier. C'est ainsi que la lumière, comme la chaleur, nous vient principalement du soleil, et qu'elle se manifeste aussi chaque fois que la température d'un corps s'élève à 500°. La lumière se montre encore dans certaines circonstances en dehors de Tinfluence directe du soleil ou de la chaleur. Cette ma-

nifestalion parliculicre prend le nom de phosphorescence el est due à des actions chimiques, mécaniques, calorifiques, électriques ou lumineuses.

C'est par suite d'actions chimiques que le phosphore, le bois mort en putréfaction et les eaux de la mer deviennent lumineux dans Tobscurité. Les lueurs phosphoriques du sucre, de la craie, de certains cailloux , sont produites par le frottement , la compression ou la percussion. En chauffant du spath fluor, de la craie, des écailles d'huîtres, ces matières deviennent lumineuses dans l'obscurité , et des effets semblables sont produits sur certaines substances par des décharges électriques. Le spath d'Islande et le diamant deviennent lumineux par insolation, c'est-à-dire que, après avoir été pendant un certain temps exposés à la lumière , ils sont lumineux dans l'obscurité. Cet état lumineux est donc dû à l'influence exercée primititivement sur le corps par la lumière. C'est une action de ce genre qui rend l'atmosphère éclairée pendant le jour et qui produit le crépuscule.

386. NATURE DU FLUIDE. On a établi deux systèmes sur le mouvement du fluide lumineux , commesur celui des autres fluides impondérables. Le premier de ces systèmes est celui d'émission inventé par Newton. D'après ce système , l'on admet que les corps lumineux fout jaillir hors d'eux-même des atomes d'un fluide particulier, qui viennent, par un mouvement de translation, frapper à travers l'espace l'organe de la vue : on appelle molécules lumineuses les petites particules de fluide qu'on suppose ainsi lancées au dehors par les corps lumineux, et une série de ces particules forme un rayon. Cette hypothèse d'une émanation réelle de particules de fluide lumineux hors des corps , ne s'accordant plus avec tous les faits connus aujourd'hui en optique, ne doit plus être adoptée.

Le second système , généralement admis aujourd'hui , est celui de vibration ; il a été inventé par Descartes et soutenu par Euler. Dans ce système l'on admet que tout l'espace est rempli d'une substance impondérable et subtile, continue, uniforme, pénétrant entre les molécules de la matière pondérable et qui porte le nom d'éther. On suppose que dans les corps lumineux il y a un mouvement vibratoire établi dans leur éther, mouvement qui se propage ensuite par ondulations (comme pour les ondes sonores) et

qui vient meltre en vibration l'éther qui se trouve dans notre œil, et y produit la sensation de la vue.

Les deux théories différent l'une de l'autre en ce que dans la première on suppose que les corps seuls contiennent du fluide lumineux, qui s'en échappe par une émanation réelle lorsqu'ils sont lumineux; tandis que dans la seconde on admet que tout Tespace est rempli d'étber , et que c'est par un mouvement vibratoire établi dans ce fluide que les phénomènes de lumière sont produits.

587. TRANSMISSION. Dans un milieu homogène la transmission de la lumière se fait en ligne droite, comme on peut s'en assurer aisément en perçant une petite ouverture dans le volet d'une chambre obscure, et en observant la direction rectiligne de la trace lumineuse divergente qui pénètre par l'ouverture.

La ligne suivant laquelle se fait la vibration du fluide lumineux s'appelle rayon lumineux. L'assemblage de plusieurs rayons forme un pinceau et celui de plusieurs pinceaux forme un faisceau lumineux. Un corps lumineux envoie des rayons dans tous les sens. Les rayons de lumière traversent certains milieux, tandis qu'ils sont arrêtés par d'autres. On appelle ces derniers des corps opaques : ceux que la lumière traverse prennent le nom de corps transparents, et l'on appelle corps translucides ceux dont les propriétés sont intermédiaires à l'opacité et à la transparence. Les milieux même les plus transparents absorbent une certaine portion de lumière; ainsi un morceau de verre de 0",8 absorbe la moitié de la lumière qu'il reçoit.

388. INTENSITÉ. L'intensité de la lumière produite par un corps lumineux est en raison inverse des carrés des distances. Ea effet nous pouvons considérer le corps comme le centre d'une sphère (f. 2 12) dont le rayon serait ca et aussi comme le centre d'une sphère dont le rayon serait cb : le rayon cb étant double de ca la sphère cb a une surface quatre fois plus grande que la sphère ca : or c'est la même quantité de lumière qui remplit ces deux surfaces; donc l'intensité de la lumière, en chacun des points de la surface de la sphère cb , est quatre fois moindre qu'en chaque point de la surface de la sphère ca. Pour une distance triple, l'intensité de la lumière ne serait plus que le '/o ^^ ce qu'elle était à une dislance de 1 , etc.

Pour le prouver, plaçons devant un écran ee^ une bougie b à une distance de 1™ , et plaçons à une distance de 2" un groupe g de 4 bougies pareilles (f. 390). Entre l'écran et les bougies interposons un petit corps opaque o, de manière qu'il projette sur l'écran deux ombres voisines n n' . Ces ombres sont produites, parce que, à l'exception des points n et n'', toute la surface de l'écran est éclairée par b et g' à la fois , tandis que n n'est éclairé que par b et que n^ ne Test que par g. Or, ces deux ombres sont également foncées : donc la lumière qu'envoie la bougie b à 1" de distance est égale en intensité à celle qu'envoient les 4 bougies ^ à 2"" : donc l'intensité de la lumière décroit proportionnellement au carré des distances.

589. De ce qui précède , il résulte que la clarté produite sur un point par un corps lumineux, placé à diverses distances, est proportionnelle à la surface apparente que le corps présente à ce point. En effet, si le soleil était placé à une distance double, il nous éclairerait quatre fois moins , comme nous venons de voir j or, il nous apparaîtrait alors sous un diamètre deux fois plus petit, et par conséquent sous une surface quatre fois moindre.

590. PHOTOMÉTRIE. Pour comparer l'intensité de deux lumières , on les dispose devant un écran , de manière que , comme dans la f. 590, elles produisent sur cet écran deux ombres voisines et d'égale intensité. Mesurant ensuite la plus grande distance d et la plus petite distance d' , on les élève au carré , et des carrés obtenus on déduit le rapport d'intensité d^ \ d^^. Dans ce procédé, dû à Rumford, les rayons qui éclairent chacune des deux ombres doivent y tomber perpendiculairement. Bouguer observait le rapport d'intensité de deux lumières, en les séparant par un écran et en les éloignant de manière qu'elles puissent éclairer également deux ouvertures pratiquées dans un second écran opposé, et sur lesquelles se trouvait collée une feuille de papier builé. La lumière qui éclaire à une distance triple autant que l'autre a évidemment une intensité 9 fois plus grande.

Par ces procédés pbotométriques on a trouvé qu'un bec de gaz ordinaire équivaut à 10 bougies ordinaires; qu'une surface devrait être placée à O^jS d'un groupe de S600 bougies pour en être éclairée, comme elle l'est par le soleil j que la pleine lune éclaire autant qu'une bougie placée à 3", 5, et 800000 fois moins que le soleil.

391. OUBRE. Quand un corps opaque se trouve en présence d'un corps lumineux il intercepte les rayons de lumière que celuici envoie sur sa face voisine, et alors il projette du côté opposé une figure obscure dont la forme dépend de la forme, des dimensions et de la position respectives du corps opaque et du corps lumineux, et qu'on appelle ombre.

On appelle ombre pure la partie obscure entièrement privée de lumière ; on appelle pénombre l'espace éclairé en partie qui forme les bords de Tombre. L'ombre pure projetée par le corps om (f. 591) éclairé par le corps lumineux a, est terminé par la tangente np, et la pénombre est terminée par la tangente zq.

592. VITESSE. La vitesse de la lumière a été déterminée en 1676 par Rœmer de la manière suivante : auprès de Jupiter est un satellite qui tourne autour de cette planète dans l'espace de 42 '/j heures; tant que la terre parcourt la partie inférieure tabc (f. 392) de son orbite, nous pouvons voir l'instant de l'émersion du satellite, c'est-à-dire, le moment où il sort de l'ombre projetée par Jupiter; tandis que durant l'autre moitié de Tannée, lorsque la terre parcourt la partie supérieure cdet de son orbite, nous pouvons voir l'immersion du satellite , c'est-à-dire, le moment où il entre dans l'ombre de Jupiter. Si d'un point quelconque de l'orbite de la terre on observe deux immersions ou deux émersions consécutives, on trouve qu'elles sont toujours séparées par un intervalle de 42 '/j heures. On peut donc, en partant du point t, évaluer d'avance le moment de la 10"*, de la SO"* , de la 100"°*, émersion , et en partant du point c, celui d'une immersion quelconque; mais on remarque que, à mesure que la terre s'éloigne du point t de son orbite , l'instant des émersions est de plus en plus retardé, et que, à mesure qu'elle s'éloigne ensuite du point c pour revenir en/, l'instant des immersions est de plus en plus avancé. Cette différence entre le résultat réel et celui indiqué par le calcul provient des variations de distance entre la terre et Jupiter, et permet d'évaluer la vitesse de la lumière. En effet , si nous connaissons par exemple , l'instant de l'émersion an point a de l'orbite, l'intervalle qu'il y aura entre le moment de l'émersion calculée pour le point A, et celui où l'émersion nous apparaîtra réellement en ce point , est évidemment le temps employé par la lumière pour passer de a en & : cette distance étant

connue, le temps que la lumière emploie pour la parcourir nous inclique la vitesse de celle-ci.

593. La lumière parcourt en une seconde un espace de 79372 lieues de 2000 toises, près de 51500 m^riamèlres. Elle fait en une heure le chemin qu''un boulet de canon ferait en un siècle environ. Le soleil étant éloigné de la terre de 39229000 lieues de 2000 toises, la lumière solaire emploie 8' 13' pour arriver sur la terre. Les étoiles les plus proches étant plus de 200000 fois plus éloignées de uous que le soleil , la lumière emploie près de quatre ans pour venir d'elles à nous : nous voyons donc ces astres dans la position où ils se trouvaient quatre ans auparavant. Les étoiles les plus éloignées de la terre sont à une distance si énorme , que la lumière emploie quelques millions de siècles pour venir d'elles à nous. D'après cela , si quelque étoile venait à être anéantie dans l'espace, nous l'apercevrions encore pendant quelques siècles après la catastrophe de sa destruction. De même si une étoile se formait actuellement dans l'espace, nous ne l'apercevrions qu'au bout du temps nécessaire pour que sa lumière pût parcourir tout l'espace qui la séparerait de nous et arriver jusqu'à la terre.

Comme celle-ci change incessamment de place dans son orbite , il en résulte que chaque fois que nous ne marchons pas directement contre les rayons de lumière que les astres nous envoient , il se produit pour ceux-ci un déplacement apparent. C'est ce qu'on désigne par le nom A'' aberration de la lumière.

La vitesse de la lumière se ralentit en traversant les milieux matériels ; ainsi elle se réduit de 73ioo ^^^^ Tair, de '/i dans l'eau et de '/s dans le verre.

594. DIVISION. La lumière est sujette à éprouver diverses modifications , dont l'étude constitue les diflférentes parties de l'optique j ces modifications principales sont :

1° La déviation qu'éprouvent les rayons lumineux lorsqu'ils tombent sur une surface polie : cette partie de l'Optique prend le nom de Catoptrique.

2° La déviation qu'éprouvent les rayons lumineux en passant à travers les corps transparents : l'élude de cette partie de l'Optique est connue sous le nom de Dioptrique.

3° La décomposition de la lumière, c'est-à-dire la modification par laquelle un rayon blanc et uniforme au moment de sa chute

sur certains corps , se partage en les traversant en plusieurs rayons de diverses couleurs, qu'on appelle rayons simples, et dont l'ensemble se nomme Spectre.

4° La Polarisation , modification par laquelle les molécules lumineuses semblent admettre des arrangements et des mourements particuliers, par le passage des rayons lumineux à travers certains corps.

5° Il y a encore la réfraction double et la diffraction , modifications qui se rattachent à la dioptrique et à la polarisation.

€HAPIXR£ 9.

CATOPTRIQUE.