DENSITÉ

iT.

Décomposition de la lumière par réfraction.

1273. Dans tout ce qui précède ^ nous avons supposé que la lumière n'éprouvait dans la réfraction aucune autre altération que sa déviation^ mais il n'en est pas ainsi : un rayon de lumière blanche qui traverse un prisme en sort dilaté et coloré. Ce phénomène porte le nom de dispersion ; nous verrons bientôt à quoi il faut l'attribuer. Le faisceau réfracté est en général d'autant plus dispersé que la puissance réfractive de la substance est plus considérable : pour les gaz, la dispersion est peu sensible j mais, pour les substances solides ou liquides, les rayons colorés sont très-écartés. Dans les tables précédentes , les indices sont relatifs au rayon jaune qui occupe le milieu du faisceau.

Pour reconnaître la dispersion et la coloration qui act:ompagnent

566 LUllIÊRE.

touyours la réfraction 9 lorsque la surface d'émergence n'est poinl parailèie à la surface d'incidence , imaginons qu'on ait pratiqué au volet d'une chambre obscure une ouverture d'un très-petit diamètre, par laquelle s'introduise un faisceau délié de rayons solaires. Si Ton reçoit lé faisoeau sur un pHstne de verre blanc bien transparent, et le faisceau réfracté sur un carton blanc , on observe 1** que l'image (fîg. 770), nommée spectre, est allongée perpendiculairement aux arêtes parallèles du pnsme ; S*" (Qu'elle est terminée par deux ligtiès droites parallêleis et par deux detni-cercles* 3*» qué toute la sur&ce de l'image est formée de bandes parallèles entre elles et aux arêtes des prismes 9 et colorées des teintes les plus brillantes. L'extirétnité la plus voisine de l'angle réfringent du prisme est d'un rouge vif ^ l'extrémité opposée est violette.

Dans cesext)érienceS| il faut employer un appareil qui dirige sur l'ouverture du volet de la chambre noire un rayon solaire ayaht toujours la même direction ; on peut se servir, pour cela, d'un héliostat^ appareil que nous décrirons bientôt^ mais il suf&l presque toujours d'tsmployer un porte-lumière : c'est tiii appareil qu'on fixe dans le volet de la chambre, et qui renferme un miroir qui peut prendre deux mouvements perpendiculaires è l'aide de deux vis de rappel que Ton fait mouvoir de Tintérieur de la chambre; on peut aiot*8 le placer ^t le maintenir dans la position Convenable pour que le rayon qui pénètre dans la chambre ait constamment à peu près la même direction.

Les figi 4018 et lOiO représentent un porte-lumière construit par M. Soleil ; la première est une coupe perpendiculaire à la plaque fixée au volet ; la Irécoiide l'élévation de cette plaque. A, miroir en glace étamée, fixé dans un cadre de cuivre mobile autour d'un axe qui traverse deUx motitanls parallèles fi , et dont on fait varier rinctinaison au moyeh de la roue dentée C , qui tët*mine la tige t). L'es supports de Taxe du miroir sont fixés pat^ leur base sur une plaque citculaire dentée qui peut tourner autoUr de son centre contre la plaque E et dont le mouvement s'effectue au moyen du pignon F. La tige D traverse librement la plaque E.

Si l'on observe des spectres formés par des prismes de dtfîétentcs substances incolores , de même atlgle et dans la même position , on reconnaît que les couleurs se succèdent toujours dans le même ordre, mais qu'elles n'occupent pas dans le spectre des espaces proportionnels. Ainsi, par exemple, un prisme de Itint-glass (verre renfermant du plomb) donne proportionnellemei^t beaucoup plus de

DÉCOMPOSITION DE LA LÙlltËRE PAR RÉFRACTION. !(67

violet et beaucoup hioins dé rotigë ^U'Un priéihé àe croW&-g1ass (verre ordinaire).

Le nombre des teintes intermédiaires entre le rouge et le violet qui forment les extrémités des spectb^s est infini ] mais on est convenu d'en prendre quelques*uttes pour tferthesdc cotopafaisdu. Ces tcihtes se succèdent dàtts Tordre sulvatit i rôugé, orangé, Jtiime, vert, bleu, indigo, viokl, ftans Timage solaire, ces couleurs passent de Tune à lautre d'une manière continue par une inanité de nuances intermédiaires. On peut obtenir un spectre dans lequel les teintes sont assez bien séparées eh faisant entrer les rayons solaires par un oriûce d'un centimètre de diatnètre , recevant le faisceau suf tin prisme d'un angle réfringent de 60^ et plaçant Tééran à six mètres de distance.

Toutes les lumières artiGcielles que nous pouvons produire donnent des spectres analogues à celui qui est produit par les rayons solaires ; mais les couleurs sont moins vives , et dans toutes il manque certaines couleurs; cependant, ticlles qui s'y trouvent sont disposées dans lé même ordre qtie dans le spectre solaire.

1276. Les observations que nous avons faites sur le spectre solaire s'expliquent très-bien en supposant que les rayons de lumière blanche soient forinés de rayons parallèles, jouissant individuellement de la propriété de produire la sensation d'une couleur déterminée , et ensemble de celle de produire la sensation de la lumière blanche; et qui, ayant desréfrangibilités différentes , sont soparés par tous les corps disqphanes dont les faces d'incidence et d'émergence ne sont point parallèles. Mais, pour que cette hypothèse puisse être admise, il faut reconnaître : 1** que l'allongement du spectre solaire ne peut pas être produit par la dispersion de rayons également réfrangiblesj 2* que les rayons colorés ont inviduellement des réfrangibilités différentes; et 3" enfin , que la réunion des rayons colorés produit réellement de la lumière blanche.

1277. Pour reconnaître railt^ration qu'éprouve dans ses dimensions un faisceau de lumière liomô^ènc , c'ésl-à-dire dont tous les rayons sont également réfrangiblfes loHqii'il traverse Un prisme, considérons (fig. 771) un j)risnic dortt les ntèiet sont liorizonlaîe», et un faisceau de lumière partant d'un

point 0, et formant un cAne droit dont l'axe est dans un plan perpendiculaire aux arèles du pHsmc. io. dis d'abord que les rayons incidents et émergents cortTspondants sont également inclinés sur tth )[»latt pferp»>ndlculaire aux arêtes du prisme : en effet, nous vékrons plus tatrd qub la Vitesse de la luttiière est toujours la même datks le mênlé Milieu ; et , coMmc les cotripb$(atites de la tî-

368 LUfllÈftE.

tesse du rajoD iacklent et du nyoD émergeot , parallèlement aux arêtes du prisme , sont nécessairement égales , attendu que le prisme est symétrique par rapport à cette direction , et qu*il n** j a pas de raison pour que ces composantes soient altérées plutôt dans un sens que dans Tantre , il s^ensuit nécessairement que le rayon incident et le rayon émergent sont également incliné» sur la section principale. On conçoit d*ailleurs facilement qn*un prisme ne prtMluit pas de déviation parallèlement à ses arêtes; ce que l'on peut Tériiier par reipérience : car, lorsqu^on regarde un corps à traTers un prisme , les dimensions du corps parallèles aui arêtes n^éprouTent point d'altération , qu'elle que soit la position du prisme. Ainsi , les rayons incidents dirigés dans le méridien parallèle aux arêtes du prisme donneront deux rayons émergents qui feront entre eux un angle égal à Tangle du cône incident. Voyons maintenant ce qui arriTcra aux rayons incidents dirigés suivant la section |>rincipale du prisme : on a évidemment o = i — i', et ^* = r' — r, et on aura o = Ir quand on aura en même temps i = r^ et T = r, ce qui pourra toujours avoir lieu quand le cône incident contiendra le rayon de minimum déviation qui passe par le |>oint o . rayon qui , lorsque Tangle o est très-petit , coïncide sensiblement avec son axe. 11 résulte de là que , si Taxe du faisceau incident a la direction du rayon de minimum déviation , et si ou reçoit le faisceao émergent sur un écran, les rayons qui formeront les extrémités dm diamètre boriiontal seront inclinés entre eux de la même quantité que ceux qui furmeoi les extrémités du diamètre vertical , et cet angle sera égal à Tangle au sommet du cône incident ; et par conséquent , si les points de rencontre des rayons qui forment les extrémités des deux diamètres étaient a la même distauce de Técran , les deux diamètres seraient égaux. 11 n*en est point ainsi , à cause de rinégalité de divergence des rayons dans Tintérieur du prisme parallèlemeut et perpendiculairement à la section principale ; mais les distances des points de rencontre étant peu difTérentcs , il n>n résultera qu'une petite diflerence dans les diamètres , differeuce qui sera une fraction d'autant plus petite du diamètre moyen que l'écran sera plus éloigné : ainsi , en recevant l'image sur un écran placé à une grande distance du prisme , l'image sera sensiblement circulaire. Mais , si le faisceau incident n'avait pas sur la surface du prisme l'inclinaison que nous avons supposée, le diamètre boriiontal de l'image serait le même , et le diamètre vertical serait plus grand ou plus petit , suivant le sens dans lequel l'inclinaison du faisceau incident aurait varié. En effet , soit pkp' (fig. 773) le faisceau émergent correspondant à la position o' du faisceau incident , qk' et q'k' des lignes paraUèles aux rayons émergents correspondants à la position o" du faisceau incident, on a D — ïï^zk, et Igf^^ D— a — (D* — a') = Af-ha' — a ; ainsi le diamètre vertical de la seconde image sera plus grand que celui de la première , si a' est plus grand que a . et il sera plus petit dans le cas contraire ; mais a est la variation de déviation qu'éprouve le rayon incident supérieur lorsque le faisceau incident passe de la position o' à la position o", et a' est la variation de déviation du rayon inférieur ; or , les angles o' et o" étant les mêmes , le rayon supérieur et le ravon inférieur du faisceau incident éprouvent la même variation d'incidence quand le faisceau passe de o^en o" : par conséquent a et a' sont les variations de déviations correspondantes à des variations égales d'incidence ; mais , ù par-

INÉGALE lŒFRANGlBlLlTÉ DES HAYONS. 369

tir du inininmni de dcviation , les accroissements de déTiation pour des accroissements ou des dccroissements égaux de Tangle d'incidence vont en augmentant, par conséquent a sera plus grand que a' si le rayon supérieur est plus écarté de la direction de minimum de déviation que le rayon inférieur , et ce !<cra le contraire s'il Test moins. Or, il est focile de voir que , quand le faisceau se rapproche du sommet du prisme , les rayons inférieurs sont plus écartés de lu direction de la déviation minimum que les rayons supérieurs : par conséquent a' est plus petit que a, et c'est le contraire quand le point o se rappro* clic de la base du prisme; ainsi, dans le premier cas le diamètre vertical de Tiniage s'allonge , et dans le second il se raccourcit.

Si les rayons du faisceau réfracté marchaient en sens contraire , les rayons sortiraient du prisme dans la direction des rayons incidents : ainsi l'œil , étant placé au point de convergence des rayons , verrait une image circulaire ; mais si le faisceau incident avait une section circulaire dans la position où il devrait être aplati pour paraître circulaire , l'image serait évidemment allongée , et elle serait aplatie quand le faisceau , pour donner une image circulaire , devrait être allongé. Ces dernières conséquences de la théorie peuvent facilement être vérifiées par l'expérience : si on regarde un corps sphérique placé à une petite distance du prisme , dans la position de minimum de déviation , l'image est sensiblement circulaire ; mais , si l'on tourne le prisme de manière à rapprocher de l'œil l'angle réfringent du prisme , J'image s'aplatit , et , en le tournant en sens contraire , l'image s'allonge. 11 résulte évidemment de ce que nous vevons de dire, que l'allongement du spectre solaire dans la position du minimum de déviation est incompatible avec Tégale réfrangibilité des rayons.

1278. Pour constater Tinégale réfrangibilité des rayons , recevons le spectre sur un carton percé d'un trou correspondant au centre d'une certaine bande colorée (Gg. 773)^ le faisceau de rayons qui passera au travers sera isolé du reste des rayons et pourra être examiné séparément. En lui faisant traverser un second prisme EFD, on remarque que sa teinte reste constante^ et^ si en traversant ce second prisme^ l'incidence est égale à l'émergence, son image directe est égale à son image réfractée, ce qui ne peut avoir lieu qu'autant que l'indice de réfraction est le même pour tous les rayons qui le composent. En recevant ces rayons sur une lentille, ils se réunissent en un seul foyer : d'où l'on doit conclure encore que tous sont également réfrangibles. Si l'on pratique sur le carton MN qui reçoit le spectre une seconde ouverture correspondant au centre d'une autre bande colorée, le nouveau rayon, en passant à travers ce second prisme, se comportera comme le premier; mais, en examinant la position des deux images après la seconde réfraction , on reconnaît facilement que les rayons qui les ont produites ont des réfrangibilités différentes, car la distance II. 2*

des images est plus grande que celle qui résulterait de leur égale réfrangibililé.

L'expérience peut être faite d'une manière plus concluante et plus facile à exécuter. Si Ton reçoit le faisceau de lumière sur un prisme dont les arêtes soient horizontales , on obtiendra un spectre MN (fig. 773 A) allongé verticalement, et dans lequel le rouge occupera la partie supérieure, siTangle réfringent du prisme est placé en haut : si alors on place derrière ce prisme un autre prisme dont les arêtes soient verticales, tous les rayons seront déviés horizontalement, et l'on obtiendrait un spectre parallèle au premier si tous les rayons étaient également réfrangibles ; mais il se forme un spectre M'N' incliné dans le sens indiqué par la figure, ce qui démontre évidemment que la réfrangibililé des rayons croît depuis le rouge jusqu'au violet.

On peut vérifier ces inégalités de réfrangibilité en traçant sur un carton noir et sur la même ligne des bandes de même hauteur et de différentes couleurs : en les regardant à travers un prisme, on les voit inégalement élevées.

Enfin, nous avons vu [1254] que, quand un rayon de lumière tendait à sortir d'un milieu réfringent pour passer dans le vide ou dans un corps moins réfringent, le rayon se réfléchissait complètement quand le sinus de l'angle d'incidence dépassait ^ ; or, si les rayons colorés sont inégalement réfrangibles , les angles sous lesquels la réflexion totale commencera seront différents pour chacun d'eux : par exemple, le rayon violet, étant le plus réfrangible, commencera à se réfléchir sous un plus petit angle que le rayon rouge. Newton a vérifié ce fait par l'expérience suivante : il fit tomber un trait de lumière solaire dans une chambre obscure, perpendiculairement à la face AC (fig. 774) d'un prisme BAC, dont les angles B et C étaient de 45* ; le rayon arrivé en I se divisa en deux parties : l'une fut réfléchie et sortit par la face AB sans éprouver de dispersion sensible , tandis que l'autre partie fut réfractée au point l et forma sur un carton le spectre mn. Le rayon réfléchi fut reçu après son émergence sur le prisme abc, et forma un autre spectre m^n^; alors, en faisant tourner le prisme ABC de manière à augmenter l'angle d'incidence sur la face BG, il remarqua que la partie violette diminuait dans le spectre mn et augmentait dans le spectre m^n', et que toutes les couleurs s'afl'aiblissaient successivement dans le spectre mn et se renforçaient dans le speclrc m*n^, suivant Tordre violet, indigo, bleu, vert, jaune, orangé,