CHAPITRE V

g 1. PHÉNOMÈNES DE RÉFRACTION.

Nous avons vu dans les chapitres précédents qu'un faisceau lumineux se propage suivant une direction rectiligne dans un milieu homogène; que si, sans sortir de ce milieu, il vient à rencontrer la surface d'un corps, une partie plus ou moins considérable des rayons qui composent le faisceau primitif est renvoyée ou réfléchie dans le milieu d'oii il était parti, en suivant, pour sa direction nouvelle, les lois de la réflexion. Nous allons maintenant examiner le cas oii le faisceau lumineux passe d'un milieu homogène dans un autre milieu également homogène, mais différent de nature et notamment de densité.

Faisons arriver dans la chambre obscure un faisceau de lumière solaire, et disposons sur son trajet une cuve rectangulaire pleine d'eau et dont les parois soient des lames de verre transparentes. L'eau et l'air renfermant toujours des particules de poussière en suspension, le chemin suivi par le faisceau se verra aisément dans l'obscurité.

Si la direction des rayons lumineux est normale ou perpendiculaire à la face de la cuve, on remarquera que sa trajectoire sera tout entière rectiligne : le faisceau qui a dans l'air la direction AS (fig. 68) entrera dans l'eau sans dévier, suivra le chemin Â6, prolongement du chemin dans l'air, et sortira de même par la face opposée. Les trois lignes AS, AB et GB seront une seule et même ligne droite.

Si, au contraire, on f'ail arriver le faisceau lumineux obliquement {fig. 69), on observera une déviation, le faisceau AS se rapprochant de la normale à son entrée dans l'eau, puis s'en écartant au contraire à sa sortie, de telle sorte que le chemin G6 suivi dans l'air, après le passage à travers la cuve, reste parallèle à la direction primitive.

Celte déviation subie par la direction d'un rayon lumineux

Fi)!. 08. — Incidence noimale; thmwe Ue détintiun. daUS SOU paSSage d'iU)

milieu dans un autre

est ce qu'on nomme la n^fraction rfc la lumière. On ap|)ellc

miUettx réfnmjents ceux qui donnent lieu aux pliénomènes

de l'cfraction. Nous verrons bientôt que ces phénomènes sont

plus complexes que ne le ferait supposer l'expérience qu'on

vient de décrire ; ils

sont le plus souvent

<iccompagnés d'effets

de coloration que nous

étudierons à jiart sous

le nom de phénomènes

de dispersion. D'autre

part, il est des milieux

réfringents dans les-

ri(t. 69. — Incidence oblique. Réfinclion. qiicls IC faisCCaU SC

divise en deux parties séparées, l'une qui suit les lois de. la réfraction ordinaire uu simple y l'autre qui est soumise \ d'autres lois. On dit alors qu'il y a double réfraction.

Nous allons eu premier lieu nous occuper de la réfraction simple, et décrire quelques-uns des effets qu'elle produit sur l'apparence des objets vus au travers des milieux réfringents

PHÉNOMÈNES DE REFRACTION. U9

Lorsqu^on plunge tin bâton droit dans une eau transparente, il semble que la portion vue à travers le liquide (fig. 70) n'est pas la continuation en ligne droite de la partie extéi-ïeurc. IjC bâton parait brisé à partir de ta surface de l'eau, et le bout qui plonge est en apparence relevé, comme s'il avait diminué de longueur, ou que l'eau en cet endroit fût moins profonde. Si le bâton est placé verticalement, ou si l'oeil rec^oit les rayons visuels dans une direction qui le lui fasse voir comme s'il était vertical, le bâton ne semble |)lus brisé, mais simplement raccourci.

Fig. 70. — Phénomènes de réfraction. Bilon brité.

On peut vérifier aisément ce phénomène, en plongeant dans UD vase plein d'eau limpide l'extrémité d'un crayon. Si. avant de remplir le vase du liquide transparent, on en observe, d'une position fixe, le fond par-dessus les bords antérieurs, et qu'ensuite, sans changer l'œil de place, on verse l'eau progressivement, on voit les contours du fond s'élever peu à peu, à mesure que croît la profondeur dn liquide, et appaïaîti'e enfin beaucoup plus élevés que la simple perspective dans l'air ne l'indiquait d'abord. Pour rendre l'expérience plus sensible, on n'a qu'à fixer à l'aide d'un peu de cire une pièce de

monnaie en un endroit du fond que les bords du vase cachent entièrement; puis on verse le liquide. A mesure que le niveao de l'eau monte, l'objet, redevenu visible, semble monter avec lui et prendre la position apparente qu'indique la figure 71. Il n'est personne qui n'ait pu remarquer nombre d'effets analogues. Par exemple, les objets vus par transparence à travers une carafe pleine d'eau apparaissent grossis, déformés, déplacés de leur position réelle. En suivant les mouvements des poissons que l'on élève dans des vases en verre de forme sphérique, on est étonné de voir ces animaux, tantôt disparaître, tantôt grossir démesurément, tantôt diminuer peu à peu, jusqu'à n'avoir plus pour l'oeil que leurs dimensions i-éelles.

Kig. ^i. — Élévation apparente du fond d'un vase par ]a infraction.

Tous çfs phénomènes sont dus à la réfraction de la lumièiv, c'est-à-dire à la déviation que les rayous lumineux éprouvent en passant d'un milieu dans un autre, par exemple de l'air dans l'eau.

Des phénomènes semblables ont lieu non seulement dans toute espèce de liquides, mais dans les solides transparents comme le verre, et pareillement dans tous les gaz; de plus, comme nous le verrons plus loin, la quantité de la déviation varie non seulement avec l'obliquité de la lumière au moment où elle change de milieu, mais aussi avec la nature et la densité des milieux différents.

Il y a longtemps qu'on a constaté les principaux efifets de la réfraction de la lumière, et l'apparence des objets à travers