ExfiérieBcea de Fresnel. — Avant d'arriver à Texamen
(les travaux les plus récents, il n'y a plus h citer, après les expériences de firewster, que deui expériences dues ù Fresnel. L'une de ces expériences a été réniisée par lui h l'aide de procédés que l'on ignore entièrement. 11 l'a fait connaître aux membres de l'Académie des sciences en 181 (), mais son mémoire a été oublié dans les papiers du secrétaire perpétuel Fourier, et n'a été publié qu'en iSAfi''^ Fresnel y annonce qu'il a pu exercer sur des corps uniréfringents des compressions régulières et obtenir des teintes plates dans la lumière polarisée.
La seconde expérience, qui est demeurée célèbre, a été publiée par lui en 1 8 9 a '^' ; c'est celle par laquelle il a démontré directement l'existence de la double réfraction dans le verre comprimé. Fresnel place sur un plan, pai' leur face hypoténuse et à côté les uns des autres, quatre prismes rectangulaires de verre, a, b, c, d (fig. »a); on applique sur leurs bases antérieures et postérieures des feuilles de carton, puis des barres d'acier sur lesquelles on exerce, à l'aide de vis, une forte compression qui a pour effet de raccourcir les pmmes. On place alors entre eux trois autres prismes m, n,o, et deux demi-prismes z et t, un peu plus courts que les premiers, amquels on les soude avec du mastic en larmes pour éviter les pertes de lumière par réflexion. Si l'on regarde à travers les faces
I( et z un trait placé à un mètre de distance, on le voit double et l'écart angulaire des deux images peut aller jusqu'à G ou 7 minutes.
Les deux faisceaux de rayons qui *''»■**■ donnent lieu ù ces images ont les
mêmes propriétés que s'ils étaient fournis par un prisme de spatb d'Islande dont les arêtes seraient parallèles à l'axe du cristal. Les prismes z et ( non comprimés sont destinés à détruire la déviation du rayon ordinaire et à corriger la dispersion du rayon extraordinaire.
"> Mém.d«VAcad.ârite., W, i^^.— (£«mf eo«ipUtn,\,6^i. f Atm.dtehm.tldrjihyt.,{3),X\,A-]6. — Œticnt compUlfi. l. I, p. 713. — BmUm» i* la SociéU Phitômatki^e, 1 83i, p. 1 3g.
301. ExpérlcM«ca 4e Werthefai. — En i85à, Wertheim'i' a cherch*^ à reproduire la première expérience de Fresnel, c'esl-àdire à obtenir une compression ou une dilatation des corps uniréfringents asseï régulière pour donner naissance à des teintes plates dans la lumière polarisée. L'appareil employé par M. Wertheina pour étudier la double réfraction produite par la compression est représenté tig. 53. Le corps uniréfringent qui doit 4tre soumis i l'expérience est taillé en forme de parallélipipède rectangie P et placé sur une plaque de fonte A très-solidement fisée au mur. Ce support de fonte est percé de deux trous cylindriques verticaux B et B', dans lesquels passent deux tiges métalliques G, D, réunies à leur partie supérieure par une traverse E qui repose sur le parallélipipède P, et à leur partie inférieure par une autre traverse P qui supporte en son milieu un poids G que l'on *^'***' peut faire varier à volonté. Ce poids G
fait connaître la pression qui s'exerce sur la face supérieure du parallélipipède P, et, pour que cette pression se distribue régulièrement sur toute cette face, le parallélipipède est séparé par des feuilles de caoutchouc des plaques métalliques entre lesquelles il est comprimé.
Avant de comprimer le corps qui doit servir à l'expérience, il faut s'assurer qu'il est bien homogène et uniréfringent. A cet effet on le fait traverser par un faisceau de rayons polarisés qu'on reçoit ensuite sur un Nicol, et on constate qu'en donnant à cet analyseur une position convenable l'image peut 4tre entièrement éteinte. Si le parallélipipède n'est pas tout à fait homogène , s'il est légèrement trempé, il peut encore servir aux expériences, car il y a généralement au centre une région considérable complètement exempte de trempe.
Lorsqu'on opère avec la lumière monochromatique, on fait traverser le corps soumis à l'expérience par un faisceau de rayons
parallèles polarisés à &5 degrés d'un pian vertical perpendiculaire au plan de la figure, et on reçoit la lumière émergente sur un analyseur biréfringent dont la section principale fait aussi un angle de àb degrés avec ce plan vertical, mais de l'autre côté. Lorsqu'on n'exerce aucune pression sur le parallélipipède, l'image extraordinaire existe seule, et, si l'on emploie un Nicol, cette image est à son maximum d'intensité. Si l'on commence à exercer une pression en suspendant des poids k la partie inférieure de l'appareil, l'image ordinaire reparaît, et, plus la pression augmente, plus son intensité devient considérable, tandis que celle de l'image extraordinaire di* minue. On ajoute ainsi des poids' jusqu'à ce que l'image extraordinaire ait disparu et que par conséquent l'image ordinaire ait acquis son maximum d'intensité. Le plan de polarisation a tourné alors de 90 degrés et la lumière émergente est polarisée dans un plan perpendiculaire au plan primitif. La plaque comprimée par le poids
qui agit actuellement établit donc une différence de marche de -
entre les deux rayons réfractés : X est la longueur d'ondulation dans l'air de l'espèce de lumière dont on se sert. On augmente de nouveau la charge jusqu'à faire disparaître l'image ordinaire, ce qui correspond à une différence de marche de — y puis jusqu'à faire disparaître l'image extraordinaire, ce qui correspond à une différence de marche de — 1 et ainsi de suite. On a ainsi les éléments d'une com-
paraison entre les pressions et les différences de marche, et on trouve que les différences de marche sont non pas rigoureusement , mais approximativement proportionnelles aux pressions.
On ne peut du reste pousser bien loin ce genre d'expériences, car le parallélipipède finirait par s'écraser sous la pression.
On peut aussi opérer avec la lumière blanche en se repérant sur la teinte de passage qui, apparaissant dans l'image ordinaire ou dans l'image extraordinaire, indique l'extinction dans cette image des rayons les plus intenses du spectre. On trouvera ainsi la relation qui existe entre la pression et la différence de marche introduite par le corps comprimé pour les rayons les plus intenses, c'est-à-dire pour les rayons jaunes moyens.
Dans tous les cas , le signe de la double réfraction est facile à déterminer en interposant une lame cristalline de signe connu entre le corps comprimé et l'analyseur.
M. Wertheim a également étudié les effets de la dilatation. 11 se servait d'un appareil analogue au précédent. Le parallélipipède était mastiqué par .sa base supérieure sur une plaque fixe, et par sa base inférieure sur une plaque mobile qu'on pouvait charger d'un poids variable. Les limites de ce genre d'expériences sont encore bien plus restreintes que pour la compression , à cause du peu de résistance que présente la cohésion du mastic. Cependant M. Wertheim a ])n constater que les effets produits par une dilatation sont égaux et de signe contraire ù ceux que donne une compression de même valeur. Cette compensation entre les effets de la compression et de la dilatation est à peu près rigoureuse.
En examinant attentivement les résultats fournis par les expériences de M. Wertheim, on reconnaît que la proportionnalité existe bien plus entre les accroissements de pression et les accroissements de différence de marche à partir d'une certaine valeur de la pression qu'entre les pressions et les différences de marche elles-mêmes, ce qui s'explique soit par une faible double réfraction existant dans la plaque avant la compression, soit par l'inexactitude avec laquelle est évalué le premier poids.
D'ailleurs, cette proportionnalité elle-même est loin d'être absolue, et il y a lieu de penser que les différences de marche sont proportionnelles non pas aux forces comprimantes, mais aux compressions, c'est-à-dire au rapprochement des molécules comj)rimées. Ces compressions ne sont elles-mêmes proportionnelles aux forces comprimantes ({ue dans des limites assez restreintes et qui ont pu être dépassées dans les expériences.
Toutes choses égales d'ailleurs, la différence de marche introduite par le corps comprimé est proportionnelle à l'épaisseur de ce corps traversée par la lumière. Mais si, la charge restant constante, l'épaisseur varie, il résulte de la loi que nous venons de poser que la différence de marche doit rester constante. En effet, supposons que l'épaisseur devienne double, la charge restant la même; cette charge se répartissnnt sur une épaisseur double, la compression de-
vient en chaque point moitié moindre, et, d'après la loi précédente, la différence de marche devrait aussi être réduite à moitié; mais, comme d'un autre côté Taugmentation d'épaisseur tend à doubler la différence de marche, cette différence reste invariable. La constante de la différence de marche, quelle que soit l'épaisseur lorsque la charge demeure constante, prouve donc la proportionnalité de la différence de marche à l'épaisseur, lorsque la charge varie en même temps que l'épaisseur, de façon à maintenir une compression constante.
Dans ses premiers travaux, M. Wertheim avait cru trouver un rapport constant entre la double réfraction des corps comprimés ou dilatés et leur coefficient d'allongement ou de contraction; mais en poursuivant ses recherches sur le verre pesant, le spath fluor, l'alun, le sel gemme, il reconnut que cette loi n'est pas générale.
Enfin, un dernier résultat déduit des exjiériences de M. Wertheim consiste en ce que, dans les limites des expériences, les valeurs oôsolues des différences de marche entre les rayons réfractés par le corps comprimé ou dilaté sont indépendantes de la longueur d'ondulation. Il résulte de là que les différences de phase sont en raison inverse dés longueurs d'ondulation , et que les effets de la dispersion sont rendus à peu pn»s. insensibles.
302. Effets de 1» eoMipremiloii sur les eristoum blréffrlnsents. — Après avoir étudié les effets produits par la compression ou la dilatation sur les corps uniréfringents, on a dû nécessairement se demander quels sont ceux qu'éprouvent les cristaux biréfringents; les premières expériences faites à ce sujet sont encore dues à Brewster et datent de iSiG^^l En comprimant une lame de quartz, il obtint des résultats identiques à ceux qui résulteraient de l'addition d'une lame cristalline de même nature ou d'une augmentation d'épaisseur, d'où il résulte que, comme pour les corps uniréfringents, l'élasticité optique augmente dans le sens de la compression (299).
Les résultats obtenus par Brewster ont été vérifiés par un minéralogiste allemand, Pfaff^^^, à l'aide de procédés assez grossiers, mais
t« EdinkTraM.,yiU,fiSi.
w Pogg, inn., CVII, 333, CVlll, 696. — Ann. de chim, et dephy$., (3), LVll, 5oo.
370 DOUBLE RÉFRACTION ACCIDENTELfcE.
qui l'ont conduit à quelques observations remarquables. En effet, en comprimant convenablement un cristal de quartz , il a pu changer la forme des courbes isochromatiques données par ce cristal et trans* former les cercles en lemniscates ; il avait donc réussi à donner au quartz, par la compression, toutes les propriétés des cristaux à deux axes.
B. — Double aéfRÀCTioN paoDOiTE par la trempe ou par la structure moliSculaire
IRR^GULliRE.
