Propriétés générales de la lumière

Quelles quesoient la cause et les conjectures faites à son égard, la lumière jouit de certaines propriétés constatées p'ar les faits et les expériences : nous allons les passer sommairement en revue :

1* La lumière sc propage en ligne droite. On le prouve au moyen de deux plans disposés parallèlement, et qui laissent arriver la lumière, tant qu’ils ne sont pas en contact; tandis que, si l’on les courbe, on cesse d’apercevoir la lumière longtemps avant là coïncidence ;

l' L’intensité de la lumière carie en raison incerse du carré de ta distance. Pour sc rendre compte de cette loi, il suffît de supposer un corps lumineux placé successivement au centre de plusieurs sphères creuses opaques. Par ce moyen , tous les rayons lumineux seront employés à éclairer les différentes surfaces sphériques. Il résulte évidemment de là ^uc ces surfaces seront d’autant moins lumineuses qu’elles auront plus d’étendue; d’ailleurs, les surfaces sont entre elles comme les carrés de leurs rayons respectifs. Ces rayons représentent les distances du foyer lumineux aux surfaces éclairées : donc l’intensité de la lumière, répandue sur un corps, est en raison inverse du carré de lu distance ;

3" L’angle d'incident est égal d l’angle de réflexion. Si un rayon lumineux rencontre une surface polie, sa direction change, il luit avec la normale à la surface un angle égal et symétrique à celui qu’il faisait avant d’atteindre le corps poli. La normale, le rayon incident et le rayon réfléchi, sont situés dans un même plan. Ce plan est d’ailleurs perpendiculaire à la surface réfléchissante, puisqu’il contient sa normale.

27i OPTIOl’E.

Pour s'assurer que les angles d’incidence et de réflexion sont égaux, on peut faire l’expérience suivante : on place près d’un miroir horizontal MM' (fig. 219), un instrument ACB propre à mesurer les angles : il est muni d’un niveau AB et d’une lunette EF ; ce peut être l’éclimètre adapté à une boussole. Après avoir ‘placé le limbe de l’instrument vertical , on vise successivement un objet éloigné S ou S’, ainsi que son image S" réfléchie par le miroir, et l’on obtient ainsi un angle d’ascension EGA, et un angle de dépression ACD qui sont égaux : le premier est égal à SDM complément de l’angle d’incidence, car ils ont tous deux leurs cêtés respectivement parallèles : l’autre angle ACD est égal à CDM' complément de l’angle de réflexion , puisque ce sont des angles alternes internes : donc les angles d’incidence et de réflexion, ayant des compléments égaux, sont égaux.

On désigne sous le nom de faisceau lumineux l’assemblage des rayons qui viennent frapper la surface réfléchissante. L’expérience a prouvé que jamais la totalité n’est réfléchie : qu’une partie des rayons est absorbée par le corps lui -même, etque cette portion est d’autant plus considérable , que l’angle d'incidence est plus petit. C’est donc lorsque la lumière frappe normalement que la perte est la plus grande. La proportion entre la lumière réfléchie et celle qui est absorbée varie en raison de la nature du corps poli qu’elle a rencontré. Ce que nous signalons ici se constate journellement quand on porte ses regards sur la surface des eaux. Elles réfléchissent tous les objets environnants; mais les images les plus nettes sont celles des points les moins voisins de l’observateur. Cela tient à ce que, pour ceux-ci, une plus grande quantité de lumière réfléchie par eux vers la surface du liquide est employée à reproduire leurs images. La différence est la plus sensible, lorsque l’observateur, abaissant ses regards normalement, voit son image beaucoup plus sombre que celles de tous les objets qui apparaissent plus ou moins obliquement. Quand l’eau est peu profonde, on aperçoit simultanément le fond sur lequel elle repose, et les objets réfléchis par sa surface. Uans le premier cas, c'est la portion de lumière qui a pénétré le liquide qui produit l’impression ; ce sont les rayons brisés à la surface qui donnent lieu à la seconde.

Réfraction. La portion de lumière qui n’est pas réfléchie est absorbée par le corps s'il est opaque, ou le traverse s'il est transparent; mais alors la direction du faisceau n’est plus la même que dans l’incidence ; l’angle de réfraction est plus petit

PROPHIÉTÉS UÉNI^RALKS DE U LUMIÈRE. 27.1

OU plus grand que l’angle d'incidence, suivant que le coiqis transparent est plus ou moins dense que le milieu que traversait d'abord la lumière. On prouve que le rapport des sinus de l’incidencc et de la réfraction est constant pour deux milieux, quelle que soit d’ailleurs l'amplitude de l’incidence.

Soient a et »' (^g. 220) les angles d’incidence et de réfraction d’un rayon RA rencontrant un corps transparent MM',mm', on a

j^,=C. Cette constante C a été trouvée, par l’expérience, égale

à J oii 1,333 pour l'air et l’eau, et î ou 1,5 pour l’air et le verre. En supposant qu’un rayon lumineux soit parallèle à la surface de l'eau, l’angle d’incidence serait droit et son sinus égal à l’unité ; de là résulte que sin.a' = ^ = 0,75. Son logarithme 9.87506 correspond à un angle de 53‘,99 ou plus simplement 51*. Telle est donc la plus grande obliquité sous laquelle un rayon lumineux peut pénétrer dans l’eau. On trouve de la même manière , lorsqu’il s’agit du verre, qu’à a= 100», correspond a' = 46',10'. S’il s’agit d’un corps solide et transparent , terminé par deux plans parallèles, comme l’indique la fig. 220 , il devient évident que la lumière , après l’avoir traversé , déviera de nouveau pour reprendre une direction parallèle à la première, si le milieu qui enveloppe le corps MM'mm' est homogène, car on aura alors

sin^MKa^ et parce que et sont égaux , il s’ensuit que

siD.a'" sm.a ^ > -i

Il résulte de ce qui précède que si la position d’un objet dans l’eau et les circonstances extérieures ne lui permettent pas d’envoyer à la surface du liquide des rayons lumineux sous un angle plus petit que 54', cet objet ne sera pas visible au dehors. La lumière qu’il envoie sera réfléchie entièrement dans l’eau. Si le milieu est du verre, le fait est le même, tant que les rayons venant de l’objet font, avec la normale, un angle compris entre 46*40 et 100*.

C’est à la réfraction qu’est due l’illusion qui trompe nos yeux, lorsqu’un bâton plongé en partie et obliquement dans l’eau nous parait coudé au point de l’immersion.

Soient MM' et ABC (lig. 221), la surface du liquide et le bâton : considérons quilques-uns seulement des rayons de lumière qui de l’extrémité C arrivent à la surface en n et n' .- ils s’écarteront de la normale en passant dans l’air, et prendront les nouvelles directions no,n'o>. Si l'œil de l’observateur est situé sur cette

IS

nouvelle direction, l’impression sera celle d’un point C' situé à leur rencontre. Les points intermédiaires à BetC produiront des cfTets analogues : ils seront relevés de manière à faire voir, au lieb de BC, une ligne continue BC'. Quant à ceux qui sont placés de A en B, la marche des rayons lumineux qu’ils envoient en ligne droite vers l’œil n’olTre rien de particulier.

282. Mirage. Disons, en passant, quelques mots du phénomène connu sous le nom de mirage et dans lequel on est tenté d'expliquer par la réflexion seule un elTet dù à la combinaison de celle-ci et do 1a réfraction.

Soit MN une section dans la surface du sol, A un objet, 0 l’oeil d’un observateur.

Les parallèles à MN tracées dans la fig. 37, planche XXI, audessus de cette ligue représentent les traces des plans fictifs assez rapprochés pour que l’on puisse, sans erreur sensible, considérer la densité comme uniforme entre deux plans consécutifs.

En général, la densité de ces couches augmente à mesure, qu’elles s’approchent de la terre, en raison do la pesanteur de l’air et conséquemment de la pression plus grande qu’elles exercent les unes sur les autres. De là résulte l'inflexion de la trajectoire lumineuse qui présente sa concavité au sol. Mais si, sous l’influence d’un soleil ardent, la terre vient à s’échanifer au delà de certaines limites, elle communique une partie de son excessive chaleur à la couche d’air en contact avec elle. Cette cause diminue, détruit ou même dépasse l’action de la pesanteur, de telle sorte, dans ce dernier cas, que la première couche devient moins dense que la seconde. Par le même motif, celle-ci peut perdre une partie de sa densité, de même de la troisième et ainsi de suite. On conçoit cependant qu’à une certaine hauteur ces influences partielles et successives disparaissent, et qu'au delà les choses suivent la marche générale.

Supposons que PQ soit la séparation des couches dont les unes augmentent et les autres diminuent de densité à mesure qu’elles approchent de la terre.

Parmi tous les rayons lumineux qui émanent de A ou qui sont réfléchis par lui, si nous considérons l’un de ceux qui viennent rencontrer la surface PQ, celui qui l’atteint en B, par exemple, il cesse, dès ce moment, d’atfecter la même courbure qu’avant, puisqu’on traversant des couches dont la densité diminue, son inclinaison sur la normale augmente sans cesse, jusqu’au mo-