LIVRE VI. — OPTIQUB

liquide» dans le prisme variable en lui conservant le mémeançle, et observer les longueurs des spectres correspondants ; mais , pour les solides , on se sert du polxprisme qui est représenté dans la figure 674. Cet appareil est un assemblage de prismes de différentes sulMtances superposées bout à bout et ayant tous le même angle réfringent \ en le promenant devant Touverture , on oblige le faisceau À traverser successivement les diverses substances avec la même obliquité , et Ton obtient ainsi des spectres inégalement déviés et inégalement colorés.

Dans ces exi>ériences , M est facile de reconnaître que si la longueur du spectre n*est pas au moins double de sa brgeur , il se forme au milieu une bande blanche ; mais , quand le s|)ectre est très-allongé , le blanc disparaît , la séparation des couleurs est complète , et Ton y distingue les sept nuances suivantes : rouge , orangé, jaune, vert, bleu, indigo, vioiet.

Il importe de remarquer qu'elles sont toujours dans le même ordre relatif, et que , par rapport au prisme , c'est toujours le rouge qui éprouve la moindre dévialion. Ce soAt ces nuances que i*OR appelle ordinairement les couleurs du prisme, les couleurs du specire, les couleurs de l'iris ou ds l'arc^en^cisl , les couleurs simples, etc. ; mais nous verrons que , si nos yeux ne comptent que sept couleurs dans le spectre, il est vrai de dire cependant qu*il y en a une infinité.

La séparation des couleurs a lieu d'une manière asses complète , quand on reçoit le spectre à 6 mètres de distance, le prisme ayant un angle réfringent de 60« , et l'ouverture du volet étant un cercle de 1 centimètre de diamètre. Cependant elle est plus complète encore quand l'ouverture est plus petite : c'est ce que l'on peut vérifier ei{ faisant tomber simultanément sur le prisme plusieurs faisceaux par des ouvertures voisines de différents diamètres , ou , mieux encore, en faisant tomber un seul faisceau par un triangle isocèle très-allongé, dont la hauteur soit parallèle aux arêtes du prisme.

Pour donner au spectre des limites plus nettes et mieux tranchées, on peut encore adopter la disposition suivante qui a été employée par Newton. A quatre mètres de l'ouverture 0 {fig. 670), on place une lentille ayant 3 mètres de distance focale principale, sur laquelle on fait tomber un faisceau de lumière solaire; l'image de l'ouverture va se peindre de grandeur naturelle en o' , à la même distance de 4 mètres ; mais , immédiatement derrière la lentille , on place le prisme p, qui décompose la lumière incidente, et donne un spectre qui est nettement défini et très-brillant, parce qu*il contient dans un moindre espace toute la lumière qu*il contiendrait si la lentille n'y était pas.

590. Les rayons diversement colorés sont diversement réfran^bles. — Cette vérité résulte déjà de la forme dilatée du spectre; car il est évident que la lumière violdte, qui tombe en u {fig. 673), ferme , au

sortir du prisme, un an^^e d'émergence plus gnni fis la lumière rouge qui tombe en r; et, conune elles «t Tune et l'autre une même incidence sur la jiremièrf hes du prisme , il faut bien en conclure que le violet ett plus réfrangible que le rouge. Le même raisooQeneBt fait voir que les nuances intermédiaires ont des réihih gibilités intermédiaires.

Mais voici des expériences qui conduisent à la aèae conséquence d'une manière plus frappante.

fo On reçoit le spectre sur un écran a {flg.fll^y percé d'une petite ouverture o^; derrière celle OHTe^ ture , on hxe dans une position déterminée un lecoad prisme qui fait éprouver une seconde réfraction i U lumière, et l'on marque sur le tableau t le poiat oi vient tomber l'image. Or, en faisant tourner le pnmier prisme, on peut faire passer successiveneol toutes les nuances par l'ouverture & de l'écran, et Hm reconnaît ainsi que le violet, qui tombe en «' afirèila seconde réIhicUon, est plus réira«gtble que le roa|eqii tombe en r'.

3* L*expérience des prismes croisés conduit m même résultat, elle est encore plus simple et plot bciie. On marque sur le tableau le lieu o de l'image sslairequi est fermée par le faisceau direct {fig» 677); ensuite, on place derrière rouveriure du valet m prisme honMontal, qui produit sur le tableia n spectre r ui enfin, on place un prisme verticales- Hère le premier , et I on obtient un spectre t^ u\ ht ce second prisme, la lumière rouge, qui allait toaber en r, est réfractée en r", et la lumière violette, fol allait tomber en «s, est réfractée en u^ : l'obliquité 4h spectre r' m' est une preuve que la réfk^ngibilité n croissant depuis le rouge Jusqu*au violet, poiiot toutes les couleurs ayant la même incidence à leur entrée dans le second prisme ont en sortant dei sigles d'émergence croissant depuis le rouge jusqa'ai violet.

8* On fait tomber successivemeut toutes les nuaBcef du spectre sur une carte imprimée en caractère tiit* fins, et après avoir placé au-devant de cette caKe me lentille ayant une grande dislamife fécale priacipafe, on va recevoir à une distance convenable, sur uo ca^ ton blanc, l'image des lettres au point où elles soàl ie plus nettement dessinées ; on reconnaît ainsi que, pour la lumière rouge , le carton doit être très-sensiblanest plus loin que pour l'orangé , et pour celle-ci plos loii que pourle^Jaune, etc., etc.

Les expériences précédentes ne s*appliquent pas ses* lement aux sept nuances que nous avons remarquéci dans le spectre, mais elles s'appliquent aussi aux dîTen rayons d'une même nuance. Par exemple, le rouge r> qui est tout à fait à l'extrémité du spectre (fig. 670), et .que l'on appelle pour cette raison le rouge estrémt, se trouve sensiblement moins réfrangible que le rougt mqyen, et à plus fbrle raison moins réfrangible que le rouge limite de l'orangé, U en est de même de looi les rayons dans toute la longueur du spectre, depuis

CHAP. ni — DÉCOMPOSITION ET REGOMPÔSltlON DE LA LUMIÈRE. t07

le rtmge estrême jusqu'au violet extrême. C'est cette réfiraDd^bilité graduellement croissante qui nous conçoit à admettre qu'il y a dans la lumière blanche une infinité de couleurs difiPérentes , et , d'après ce principe, le spectre peut être analysé de la manière su!- Taate :

Imaginons, pour un instant, qu'il n'y ait dans la lumière blanche que le rouge extrême et le violet extrême ; alors, il est clair qu'au lieu d'un spectre, nous aurions seulement deux images du soleil , rondes , colorées et séparées , l'une rouge en r, et l'autre violette en M (fig. 678) : mais le rou£;e qui avoisine le rouge extrême, et qui est un peu 'plus réfrangible que lui, doooe aussi une image ronde qui se superpose en grande partie sur la première , en se rapprochant du violet; le rouge suivant donne encore une image pareille , qui se superpose en grande partie sur la précédente , et ainsi de suite jusqu'au violet extrême. Ainsi , dans les expériences ordinaires, le spectre est composé d*une infinité d'images circulaires empiétant les unes sur les autres, et, rigoureusement parlant , une xone étroite quelconque a b, faisant partie d'un grand nombre de cercles voisins , se trouve composée d'un grand nombre de lumières qui diffèrent en couleurs et en réfrangibilité : seulement , si les cercles sont d'un petit diamètre, les couleurs seront à peu près identiques, et les réfraogibililés à peu près égales ; c'est pourquoi cette xooe peut être considéra comme composée d'une seule et même lumière.

S91. Chaque couleur du specire est une couleur êimple, — Une couleur est simple quand elle se retrouve toujours la même sans qu'il soit possible par aucune action d'en faire sortir des nuances différentes, et nous allons faire voir qu'en effet les couleurs du spectre peuvent bien être détruites, mais qu'elles ne peuvent par aucune cause être modifiées pour nos yeux.

1* Après avoir isolé, avec un écran percé d*un petit trou , un pinceau quelconque du spectre , le violet, par exemple, on peut le faire passer par un nombre quelconque de prismes, de lentilles ou d'autres corps réfringents, sans y découvrir d'autre nuance que le violet primiUf (/Ty. 675).

3* Si l'on ftiit tomber ce pinceau violet sur un corps d'une couleur différente , rouge , jaune , vert , etc., ce corps devient violet, sans qu'on puisse y découvrir aucune trace de la couleur primitive qu'il offre naturellement et qui lui semble propre et inhérente. On en peut faire l'expérience sur les feuilles des plantes, sur les fleurs, le vermillon , l'or, etc., etc.; tous ces corps prennent alors la même nuance ; ils deviennent violeU, comme si cette couleur était leur véritable couleur naturelle. Pareillement, dans le rouge, tous les corps sont rouges, jaunes dans le jaune , verts dans le T-^rt , etc.

S* Un pinceau violet qui se présente pour traverser un corps diaphane rougp , Jaune ou vert , se trouve ab-

sorbé et détruit , ou bien , s'il passe , il est violet à sa sortie comme II l'était à son entrée. Cette expérience est surtout frappante avec des verres colorés en rouge : tel de ces verres laisse passer librement la lumière violette , tel autre l'absorbe en totalité , bien qu'à les regarder tous deux à la lumière du ciel ils paraissent éga- .lement colorés et également transparents : celui qui absorbe le violet absorbe , en général , toutes les autres nuances du spectre, excepté le rouge; ainsi, c'est un cori)s transparent pour le rouge et plus ou moins opaque pour les autres couleurs.

On dit quelquefois , d'après Newton , que la lumière simple est homogène : mais cette expression est inexacte, parce qu'elle semble indiquer que toutes les parties de cette lumière éprouvent toujours les mêmes effets. Or, il est facile de vérifier qu'un rayon de lumière simple est en partie réfléchi à la surface d'un corps diaphane , et en partie réfracté dans son intérieur; ainsi , ces deux parties ne sont pas identiques, puisqu'elles éprouvent des effets différents. H en est de même lorsqu'on fait tomber un pinceau de lumière simple sur un corps doué de la double réfraction , car ce pinceau se partage alors en deux autres qui suivent des routes différentes. En général , il n*arrive presque Jamais qu'un rayon simple du spectre éprouve identiquement les mêmes effets dans tout son ensemble.

39â. On recompose la lumière blanche en rantenant toutes les couleurs simples dans la même direction ou en les faisant toutes concourir au même point. '- Quand les couleurs ont été séparées par un prisme , on peut les ramener dans la même direction par un second prisme de même substance et de même angle réfringent que le premier, mais tourné en sens Inverse {fig. 679). Alors le faisceau, qui est coloré entre les deux prismes , devient blanc au sortir du second , et va peindre sur le tableau une image ronde du soleil. Si le second prisme est à larges faces , on peut le placer très-loin du premier , de telle sorte qu'il reçoive un spectre très-complet. Celte expérience montre assez clairement quMl n'y a dans un prisme aucune force particulière pour décomposer la lumière blanche ou pour la recomposer , mais que la séparation des couleurs simples ou leur réunion se fait d'elle-même par l'inégale réfrangibiiité des divers rayons. Pour opposer deux prismes qui soient exactement de même angle , on peut encore employer une cuve rectangulaire de glace, séparée en deux compartiments prismatiques par une cloison diagonale, pareillement en glace, c' d {fig. 680). Lorsqu'on met de l'eau dans le premier compartiment, le faisceau émergent forme un spectre , mais il reprend sa direction et sa blancheur primitive dès qu'on remplit d'eau le second compartiment comme le premier.

Il n'est pas.nécessaire que toutes les couleurs simples soient, comme dans Texpérience précédente, ramenées dans la même direction pour former du blanc : il suflit

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W¥WÏ Vl,*WT|QUK.

Mulemmit qv^elles concourent au w^ûm point t cmmf^

nous allons le yolr par les exp^riencas siiiv^nte^.

1» On reçoit le spectre sur un gran4 nli^oir çoncaye m ifig, 68) ) et Ton dirige le faisceau réfléchi, soit dans le faisceau incident lui-même , 90it au^ebon , comme le représente la figure. Alors , toutes les nuances du spectre réfléchies dans des directions différentes viennent concourir au même point/, e( là , Timage solaire reçue sur un petit écran ou sur un yerre dépoli parait d'une blancheur éblouissante , comme si le faisceau incident était un faisceau de lumièrç blanctye, Il suffit donc du concours de toutes les nuances simples pour produire du blanc Mais si, au lieu de recevoir le faisceau réfléchi au foyer même où le concours est complet , on le reçoit plus près ou plus loin du miroir , on n*observe qu*une recomposition Imparfaite ^ plui près les couleurs extrêmes du spectre reparaissent dans leur ordre , pl.qs loin elles reparaissent dans un ordre inverse. Enfin , si Ton place au foyer un petit miroir métallique très-poli m', il n'y a aucun doute que la lumière qui tombe sur lui ne soit blanche comme celle qui tombait fout à rheure sur Técran ^ et cependant Timage réfléchie par ce miroir est un spectre ; ce qui prouve évidemui^nt qu'en se réunissant au foyer les divers rayons conservent leur existence indépendante et ne se modifient nullement les uns les autres.

2« On reçoit le spectre sur une lentille / (fig, 683), et au point /où convergent tous les rayons divers on obtient une lumière blanche comme au foyer du miroir précédent. L*image ronde qui en r^uUe est seulement colorée vers ses bords , parce que les rayons de réfran- Çibilités difi^érentes ne peuvent pas faire leur foyer exactement à la même distajice derrière la lentille. Au delà du foyer le spectre reparaît , mais renversé en r' i»'^ ce qui est une nouvelle preuve que les rayons peuvent se croiser au même point sans se modifier , et que chacun d'eux se comporte toujours cqmmç s'il ^tait seul,

9<* Il y a eufin un moyen mécanique de recomposer la lumière blanche , dont reflet semble toujours fort surprenant. Imaginons un cercle en carton, ayant environ t pied de diamètre ^ percé en son centre d'un petit trou, et offrant deiixxones peintes en noir. Tune près du centre, Taulre près du bord. Dans riuterval|e de ces ((eux zoncf on colle de petites bandes de papier ; la pre* mière d'un rouge qui imite autant qu'il est possible |ç rouge du spectre , la deuxième orangée , la troisième jaune, etc. ; quand la périocje des sep( nuances est épuisée, on recommence dans lemêma ordre, pour achever le cercle , avec ratieution que toutes Içs périodes soient complètes et que dans chacune d*elles les bandes aient des largeurs à peu près proportionnelles h l'es- |)açe quç le^ diverses couleurs occupent dans la longueur du spectre. Lorsqu'un tel carton est mis en mouvement rapide autour de son centre, soit avec la main sprune lige qui passe par l'ouverture centrale, soit par quelque autre moyen , toutes les nuances des bandes co-

lorées disparaiHent , et l'interralle des xonet noires parait d'un blanc plus ou moins complet. Ce pbénonièiie singulier peut s'expliquer de la manière suivante : s'il n'y avait qu'une seule bande rouge sur un fond noir, on verrait par la rotation un cercle rouge , comme daas l'expérience si connue du charbon allumé que Pon tourne en rond avec une grande rapidité ; s'il n'y avait qu'une seule bande violette, on verrait par la même raison un cercle violet , puis un cercle vert pour une bande verte, etc. Or , si toutes ces bandes existent et tournent en même temps , on verra à la fOls au même lien un cercle rouge , un orangé , un Jaune , etc. , et par conséquent un cercle blanc, puisque la tensationda blanc n'est que la sensation simultanée de tautes eet nuances.

593. Des couleun complémentaires et des nuances produites par le mélange de diverses couleurs simples en diverses proportions. — Puisque toutes les couleurs simples, prises ensemble dans iew praporOom naturelle (c'est-à-dire dans la proportion que donne le spectre ) , reproduisent la lumière blanche, il est Mdent que , pour altérer la blancheur, il snflit de supprimer l'une des couleurs simples, ou seulement «Ten altérer la proportion. Ainsi, en supprimant le rouge dans le spectre, et en composant entre elles toutes les couleurs restantes, on obtient une lehite bleuâtre; œlte teinte mêlée au rouge reproduit du blanc. Toutes les fois que deux couleurs simples ou composées remplissent cette condition , c'est-à-dire toutes les fols que, mêlées ensemble, elles reproduisent du blanc, elles sont dites complémentaires l'une de l'autre. Il n*y a pas de couleur, quelle qu'elle soit, qui n'ait sa couleur coa^ilé» menlaire ; car , .si elle n'est pas blanche , il lui manqoe seulement quelques-uns des éléments de la lumière blanche, et ces éléments mélangés entre eux formeat sa couleur complémentaire. Mais, si au mélange' de ces éléments on ajoutait du blanc en diverses pr^or* tions, on aurait autant de nuances différentes , qui ae« raient toutes également efficaces pour reprodave la couleur blanche avec la couleur donnée, il y a doDc rigoureusement une Infinité de nuances dilKrelilts qiri ont la même couleur complémentaire , et une iaftoRé de nuances complémentaires qui appartiennent à la même couleur donnée. La plupart des verts ont pocv couleurs complémentaires des violets plus on rougeâtres , et les jaunes des indigos pins on violacés. Pour étudier, par l'expérience, les telates qui résultent de plusieurs couleurs sim|>les mélangées , on peut employer un appareil composé de sept miroirs t on le place à une assez grande distance du prisme | que le spectre soit bien étalé, et l'on incline i blement les miroirs pour diriger en un même poieC d'une feuille de papier très-blanc celles des auaiiees dont on veut observer la composition. U parait que Newton a fait un grand nombre d'expériences sur ce sujet, soit par cette méthode , soit par d'antres analogues, et il est ensuite parvenu à une construction géo-

CHâP. IIL — décomposition KT POOMPO^ITION DE LA LUMIÈRE. 99»

par leur mélange, ia cûul^r qy{ \ç$ sép^e. Ainsi ,

iDilrliiliie trèi^reniarqiialile qui reprétenti^ avecupe0délité éioonaQle le résultat de loutes cet expériences, Noof pouvons seulement décrire cette construction et en indiquer l'usage j car fïewton, iiprès l*avoir vérifiée pfr Texpérience, ne l*a justifiée par le raisonnement daim aucun de ses ouvrages , et personne Jusqu'^ présep( D*a pu deviner la iiaisoq cachée qu'elle a sans d^uCe avec la théorie,

Od divise la circonférence du cerclç rojv^i'u {fg^ 683) ep sept partiel qui ^ient Içs grandeurs sui- Tanief :

r 0 = ÔO» . . • 45'

ur=60 , . . 45

En supposant que ce« sept arcs représentent les sept couleurs simples, savoir, ro le rouge, o/Torangé, e(c., leurs centres de gravité r', o', /, t?', y, t', n', ainsi que le centre de gravité c de la circonférence entière , font les forces qu'il faut composer entre elles pour avoir la nuance qui résulte de plusieurs couleurs simples données.

P'abord, si Ton veut savoir la couleur que donne le mélange de toutes les nuances , il faut composer ensemble les sept centres de gravité des sept arcs , comme on compose des forces parallèles ; lefer résultante passant évidemment par le centre, c'est une preuve que la nuance du mélange est le blanc parfait.

Pour composer, par exemple , le rouge avec une certaine proportion de blanc, il faudra attribuer au centre de gravité c une certaine valeur dépendante de la proportion de blanc que l'on veut mélanger ; celle valeur sera égale à la somme des valeurs des centres de gravité r' » o', / , ^tc. , si la proportion de blanc est celle qui résulte du mélange de toutes les nuances ; elle en sera la moitié, si Ton ne prend qu'une proportion de Uanc moitié, etc. : ensuite, on composera ce centre de gravité avec r' , la résultante tombant évidemment sur la ligne f i}\ c'est une preuve que la teinte du mélange sera rougeâire et d'autant plus lavée de blanc que la rtellanle tombera plus près du centre c. On agirait de même pour composer avec du blanc l'une quelconque des nuances simples, En suivant la même règle, il est facile de voir : 1* Que deux couleurs simples consécutives donnent toujours par leur mélange une nuance intermédiaire. Le rouge ^t l'orangé donnent un rouge plus voisin de l'orangé, ou un orangé plus voisin du rouge, etc, Newton cependant recommande de ne pas appliquer cette règle au rouge et au violet , qui ne se suivent pas dans le spectre.

S* Que deux couleurs distantes d'un rang doqneront,

Le rouge et le Jaune donnent de l'orangé. L'orangé et le vert. . . . du jaune. Le Jaune et le bleu, , . . du vert. Le vert et l'indigo. ... du bleu.

Le |)leu et le violet. . , . de l'indigo.

Mais l'indigo et le rouge donnent une espèce de pourpre qui diffère sensiblement du violet.

5« Que deux couleurs distantes dé deux rangs donnent aussi l'une des nuances qui les séparent, mais que cette nuance est comme si elle était lavée d'une assez grande quantité de blanc.

On peut appliquer aisément le calcul à cette construction empirique , et trouver la nuance qui résulte du mélange d'un nombre quelconque de couleurs simples prises dans des proportions quelconques.

594. Toute lumière composée éprouve en se réfractant une décomposition et une recomposition, — Suivons maintenant la marche d'un pinceau de lumière blanche qui traverse obliquement une lame à faces parallèles, Soit a ifig. 684) la face supérieure de cette lame, b sa face inférieure, et / Ha direction du pinceau incident qui sera supposé venir de l'infini. Le rayon / 1 sera décomposé par la réfraction en une infinité de rayons diversement colorés , depuis le rouge extrême qui prendra la direction ir jusqu'au violet extrême qui prendra la direction t u ; et , la loi dé Des • cartes s'appliquant au premier comme au dernier, chacun d'eux produit un rayon émergent parallèle à / £, ce qui donne en somme un petit pinceau parallèle dont les rayons depuis reeiue présentent toutes les nuances du spectre. Ce résultat semble d'abord contraire à l'expérience , car on sait que la lumière blanche n'est pas décomposée en traversant les lames parallèles , quelle que soit leur nature : mais , il suffit de considérer l'ensemble des rayons voisins du rayon / 1 pour se rendre compte de cette contradiction apparente. En effet, ^ t', par exemple, donne comme / i dans l'intérieur de la lame un pinceau dilaté qui présente toutes les nuances du spectre , et à l'extérieur un pinceau parallèle r' e' , «' e' , en tout pareil à r e , u e ; de plus , chacun des rayons du second est parallèle à son homologue dans le premier. 11 en serait de même de tous les rayons compris entre / / et i' ^' , et c'est là précisément ce qui explique la blancheur du faisceau émerçent : car il y a près de / t'un rayon Incident qui donne un rayon orangé suivant r e ; un peu plus loin , il y en a un autre qui donne un rayoq jaune suivant ia même ligne, un autre qui en donne un vert, un autre un bleu , etc. D'où il résulte enfin que tous les rayons émergents sont des rayons blancs , excepté toutefois ceux qui se trouvent aux bords du pinceau enre tiuW'^ mais ceux-ci sont en général modifiés par la diffraction , et il n'est pas possible d'y reconnaître les nuances que la simple décomposition leur donne.