CHAPITRE III

Théorie physique de la Réfraction »

T ï e s méthodes que nous venons d’exposer déterminent le rapport de réfraction qui convient à chaque substance dans l’état où on l’observe. Mais nous avons déjà remarqué que ce rapport change , pour une meme substance en même temps que sa densité. La variation est peu sensible pour les solides et les liquides , parce que les dilatations et les condensations qu’ils peuvent subir sont peu considérables ; mais il en est tout, autrement dans les substances aériformes , où l’on peut faire varier la densité dans toutes sortes de proportions par le changement de pression et de température. Tant que nous n’aurons pas découvert cette liaison qui existe entre la densité de chaque substance et la réfraction qu’elle produit sur la lumière , nous ne pourrons pas ramener les observations faites sur cette substance à des termes comparables ; elles seront toutes isolées les unes des autres , puisque les circonstances ne seront pas pareilles.

Il en sera de même , si nous voulons comparer entre elles les réfractions exercées par diverses substances , et nous ne saurons pas davantage y démêler ce qui tient à la densité et à la nature chimique des particules ou à leur arrangement.

On voit donc que , pour pénétrer plus intimement dans ces phénomènes , il faut , d’après les mouvemens du rayon lumineux, découvrir les forces qui agissent sur lui, et chercher ensuite par le calcul comment ces forces déterminent les résultats particuliers.

Soit AB , fig. 62, la première surface d’un corps ou milieu réfringent de nature quelconque. Considérons un rayon lumineux S I qui , se mouvant d’abord dans le vide suivant une direction presque parallèle à la surface du milieu , vienne enfin la

rencontrer au point I : dès-lors ce rayon, ne continuera pas sa route en ligne droite; il se réfractera suivant I R. Pour connaître la direction de IR , il n’y a qu’à nommer 6 l’angle d’incidence NIS, et 6' l’angle de réfraction N' IR, comptés l’un et l’autre à partir de la normale N N' ; puis , désignant par n le rapport constant qui , selon l’observation , existe entre les sinus de ces angles , on aura sin ô ~ ~ n sin ô' ,

et par conséquent

• sm 0

sin ô z=z .

Ceci a lieu en général , quels que soient Ô et ô' . Mais puisque nous supposons l’angle N I S droit , ou infiniment peu différent d’un angle droit, il faut faire ô ~ go° , ce qui donne sin ô — i9

et par suite sm Q

Par exemple, si le milieu réfringent est de l’eau distillée à la température de i8°, l’observation donne

/2~i,33i2q, d’où l’on tire sinô' = - — — ,

et par suite = 4$° l2î±' .

Telle est donc la valeur de l’angle N' I R dans ce liquide , lorsque l’angle d’incidence NIS est droit. Ainsi, les molécules lumineuses qui composent le rayon incident SI se trouvent alors détournées de leur direction primitive de tout le complément, de cet angle, c’est-à-dire de /\l° 18' 36° , valeur de l’angle B IR ; et comme un corps qui se meut ne peut être dévié de sa route que par une force inclinée sur sa direction, nous devons en conclure que les molécules lumineuses , en approchant de la surface du milieu , sont sollicitées par des forces qui tendent à les y faire entrer ; et ces forces sont dirigées perpendiculairement à la surface ; car le cas de l’incidence perpendiculaire est îe seul dans lequel elles ne changent pas la direction du rayon.

Il est évident que ces forces ne doivent être sensibles qu’à de très-petites distances de la surface , tant en dedans qu’en dehors. Car le rayon lumineux doit commencer à se courber du moment où elles commencent à agir sur lui , et il doit

DE LA RÉFRACTION

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reprendre une direction constante et rectiligne , quand elles cessent de le solliciter ; or l’espace dans lequel cette inflexion s’opère est si petit , qu’il n’est pas appréciable à nos sens , et que le rayon semble se briser brusquement au point d’incidence : Faction des forces réfringentes n’est donc pas sensible plus loin.

Tous ces résultats concourent à nous montrer que la réfraction des rayons lumineux est produite par l’affinité des molécules des corps pour les molécules de la lumière ; affinité analogue à l’action capillaire, et qui, comme elle , ne devient sensible qu’à des distances très-petites. Cette conclusion , à laquelle nous conduisent les phénomènes , semble , au premier coupd’œil , contradictoire avec celle que nous avons déduite des expériences sur la réflexion. Car alors les molécules lumineuses semblaient être repoussées par le corps réflecteur , au lieu d’en être attirées , comme nous le voulons ici. Mais il faut remarquer que les molécules qui se réfléchissent ne sont peut-être pas dans le même état physique , ou dans les mêmes circonstances de mouvement que celles qui se réfractent; or, il suffit que cette différence soit possible pour qu’il n’y ait point de contradiction nécessaire dans les deux conséquences opposées que nous tirons des phénomènes relativement à ces deux états des particules ; car quand un corps A agit sur un corps B d’une manière quelconque , cette action ne dépend pas seulement de l’état de A et de sa nature , mais encore de l’état et de la nature de B. Nous verrons plus tard cette différence d’état des molécules lumineuses confirmée par une foule de preuves , et nous connaîtrons en quoi elle consiste.

Fixons maintenant, d’après les phénomènes, les conditions auxquelles les forces attractives sont assujetties; considérons une molécule lumineuse M , fig. 63, placée hors du milieu réfringent à une distance quelconque , et modifiée de manière qu’elle échappe à l’action des forces répulsives. Elle sera attirée par le milieu , perpendiculairement à la surface AB, comme nous l’avons démontré plus haut ; mais , de plus , elle le sera avec la même intensité à distances égales sur toute l’étendue de cette