PROPAGATION RECTILIGNE DE LA LUMIÈRE. - PHOTO

MÉTRIE.

375. Défiuitioiis. — Nous laisserons de côté momentanément les idées théoriques relatives à la constitution de la lumière, et nous nous occuperons seulement des lois géométriques qui règlent sa propagation dans les différents milieux.

Les corps portés à une température très élevée produisent sur l'organe de la vue une sensation particulière ; on dit qu'ils sont lumineux : tels sont le soleil, les étoiles, et les différentes sources de lumière que nous employons ordinairement. Les autres corps ne jouissent pas de la même propriété et ne deviennent visibles que s'il sont éclairés par une source.

On dit que les corps sont transparents lorsqu'ils laissent passer la lumière, translucides quand ils la laissent passer en partie, et opaques lorsqu'ils l'arrêtent complètement.

376. Propagation rectiligne. — La lumière se propage en ligne droite tant qu'elle reste dans un même milieu. Ce principe est facile à vérifier avec les rayons du soleil, qui éclairent sur leur passage les poussières de l'air et forment une nappe lumineuse toujours limitée par des lignes droites. On peut le démontrer aussi en plaçant un petit écran opaque sur la ligne droite qui joint un point lumineux à l'œil de l'observateur : la lumière disparait.

377. Faisceaux et rayons lumineux. Faisceaux Iiomocentriques. — On appelle faisceau lumineux le lieu des points de l'espace qui reçoivent la lumière de la source considérée. Un faisceau lumineux est toujours limité par des droites ou des portions de droites. Un faisceau assez petit

MANUEL IJE PHYSIQUE MÉDICALE

pour qu'on puisse le considérer comme réduit à une ligne droite unique prend le nom de rayon lumineux.

Lorsque les droites qui limitent un faisceau se coupent toutes en un môme point, on dit que le faisceau est homoccntrique : un faisceau homocentrique peut être du reste convergent, parallèle ou divergent. Ainsi un point lumineux émet des rayons dans toutes les directions : si l'on considère une partie de ces rayons, on a un faisceau divergent. Si le point lumineux s'éloigne à l'infini, le faisceau devient parallèle : tels sont les rayons solaires qu'on reçoit dans une chambre noire. Enfin les miroirs concaves et les lentilles convexes nous montrent des exemples de faisceaux convergents.

378. Ombre et pénombre. — Considérons un point lumineux S et un corps opaque ; tous les rayons qui rencontrent

ce corps sont arrêtés, et par conséquent tous les points de l'espace situés derrière lui dans le cône ASB ne peuvent recevoir aucune lumière (fig. 244) ; c'est l'ombre du corps AB. Un écran placé à quelque distance coupera cette ombre suivant une tache noire, à bords bien nets, qui reproduira la forme du corps.

Si la source lumineuse, au lieu d'être réduite à un point, présente des dimentions finies (fig. 245), le raisonnement qui

précède peut s'appliquer à chacun des

points S, S', S" ,

de cette source. On aura donc autant de cônes d'orabi'e qui auront une partie commune Aa6'B' , dont les points ne recevront aucune lumière, car la source tout entière leur est cachée par le corps opaque : c'est l'ombre. Tout autour de celle-ci se trouve une région dont les points voient une partie de la source d'autant plus grande,

Fie. 244.

Fis. 245.

PHOTOMÉTRIE. 295 et soQt par suite, d'autant plus éclairés, qu'ils sont plus loin de ombre elle-même. C'est la pénombre. Dans cette région leclau-cment augmente d'une manière insensible depuis le bord inteneur jusqu'cà la limite extérieure.

Photométrie.

379. Éclat et intensité «les sources lumineuses. — Placée successivement à des distances croissantes d'un même écran, une source de lumière produit sur sa surface deséclairements de plus en plus faibles, ou, comme l'on dit encore, envoie* sur cette surface des quantités de lumière de plus en plus petites. C'est ce qu'on exprime en disant que VintensUé d'une source varie en raison inverse du carré de la dislance.

D'un autre côté, des sources différentes, disposées cà la même distance d'un écran, produisent généralement des éclairements inégaux; nous définirons cette propriété en disant qu'elles ont des éclals différents. Une source B a un éclat double de celui de A lorsqu'elle produit, à la même distance, le même éclairement que deux sources égales à A. La photométrie est la comparaison des éclats des différentes sources de lumière.

380. Unités de lumière. — Pour faire cette comparaison, il faut prendre pour unité l'éclat d'une source type. Aucune unité absolue de lumière n'a été choisie jusqu'à ce jour. On se sert d'unités pratiques souvent assez mal définies. C'est ainsi qu'on a adopté en France la bougie stéarique de l'Étoile, en Allemagne la bougie de paraffine, et en Angleterre celle de blanc de baleine appelée candie. Dumas et Regnault ont proposé une unité mieux déterminée : c'est l'éclat d'une lampe Carcel de 23, b millimètres de diamètre, disposée pour brûler 42 grammes d'huile de colza par heure. Enfin M. Vielle a fait adopter en 1881 par le congrès des électriciens la lumière émise normalement par un centimètre carré de platine à la température de fusion. Cette dernière unité peut toujours être reproduite exactement.

381. Principe «le la photométrie. — Malgré sa sensibilité, notre œil est incapable d'apprécier directement le rapport des éclats de deux sources ou celui des éclairements qu'elles produisent sur un écran ; nous sommes donc forcés de ramener ces éclairements à l'égalité. Voici comment on y parvient dans les méthodes que nous allons décrire.

Soit E l'éclat d'une source, c'est-à-dire la quantité de lumière qu'elle envoie sur un écran à l'unité de distance; si cet écran est placé à la distance I), il recevra une quantité de lu-

mièrejp; plaçons devant cet écran une autre source d'éclat

E', à une distance D' telle qu'elle produise le même éclairement; on aura

ou

Les éclats de deux sources sont donc proportionnels aux carrés des distances auxquelles il faut les placer pour produire le même effet.

Les photomètres que nous allons décrire sont tous fondés sur ce principe. On place les deux sources à des distances D etD' telles qu'elles produiscntle même éclairement sur deux

surfaces identiques et juxtaposées; l'expression mesure le

rapport de leurs éclats. Si la source d'éclat E' est la source unité, cette expression donne la mesure de l'éclat E de l'autre source.

382. Photomèlre d« Rinnforrt. — Ce photomètre (fig. 246) est formé d'une tige verticale a placée devant un écran translucide. Les deux H ombres produites sur cet écran reçoivent chacune la lumière d'une seule source : ainsi l'ombre donnée par la première ne reçoit de lumière que de la seconde, et réciproquement. Il suffit donc de faire varier les distances D et D' jusqu'à ce que ces ombres, également éclairées, paraissent se confondre. L'équation (1) donne le rapport des

éclats. „ 383. Photomètres de Bonguer et deFoncsmlt. — Dans

Fig. 24G.

PllOTOMÉTRlE.

l ippareil qui iirécf'do, les surfaces à comparer sont Irès, étroites et entourées d'une zone beaucoup plus éclairée, ce (lui enlève à l'œil une grande partie de sa sensibilité. 11 n'en est pas de même dans le photomètre de Bouguer (lig. 247), f formé d'un écran translucide divisé en deux moitiés par une cloison noircie.' Les sources sont placées 1 de chaque côté de cette • cloison, de manière que chacune d'elles éclaire seulement une des moitiés de l!écran.

On regarde cet écran par transparence, et l'on fait varier les distances jusqu'à ce que les deux parties soient également éclairées. L'équation (1) donne encore le rapport des éclats. La modification inti*oduite par Foucault consiste à écarter un peu la cloison noircie de l'écran translucide, de manière que les parties éclairées par les deux sources se touchent exactement, sans être séparées par une ombre plus noire; elles doivent alors se confondre quand elles sont également éclairées, ce qui rend la comparaison plus facile.

384. riioiomètre de Bunsen. — Cet instrument est formé d'une feuille de papier tendue sur un cadre et au centre de laquelle on a fait une tache d'huile. Si les deux faces du papier sont inégalement éclairées, et qu'on regarde celle qui l'est le plus, la tache, qui est plus translucide, paraît sombre; pour la même raison, si on regarde de l'autre côté, la tache paraît plus éclairée que le fond. Enfin, si l'on place les c eux sources de chaque côté, à des distances telles que les deux faces soient également éclairées, la tache n'est plus visible. La même équation donne le rapport des éclats. ^

38.^. Vériflcaaon An principe du carré de» distances. La loi que nous avons établie (§ 379) peut se vérifier a 1 aide des photomètres précédents, par exemple avec celui de loucault, qui est le meilleur. Il suffit de placer quatre bougies d-un côté et une seule de l'autre : on constate que les premières doivent être placées à une distance double

La comparaison des éclats lumineux est ««^^^t i ndue difficile par la différence de coloration des souices . on a

alors beaucoup de peine à apprécier l'égalité d'éclairement des deux moitiés de l'écran, qui semblent par exemple l'une légèrement jaunâtre, l'autre bleuâtre.