DÉCOMPOSITION DE LA LUMIÈRE

379. Nous avons observé la marche d’un rayon lumineux en passant à travers des milieux réfringens ; nous avons remarqué que l’angle d’un prisme avait la propriété

d’ajouter l’uu à l’autre les deux changemens de direction que la lumière éprouve en entrant dans un milieu plus réfringent , et en sortant; mais nous n’avons considéré que le seul fait du changement de direction , ou ce qu’on nomme la réfraction linéaire. Il survient cependant alors un autre phénomène très-remarquable , et qui produit une véritable analyse de la lumière.

Si , après avoir laissé pénétrer un rayon solaire dans une chambre obscure, on le réfracte par l’angle d’un prisme ( fig. , au lieu d’obtenir une surface blanche et circulaire , semblable à celle que produit le rayon direct en frappant la paroi de la chambre , on obtient une image qui a le même diamètre transversal , mais qui est fort allongée dans le sens de la réfraction; et celte image est vivement colorée de toutes sortes de nuances , depuis le rouge jusqu’au violet. On lui donne le nom de spectre solaire.

Si l’on présente au spectre solaire, à une certaine distance du prisme, une planchette (fig. 1 58 ) percée de sept trous , à des distances convenables les uns des autres , on obtient derrière ce diaphragme sept images circulaires , présentant le rouge , V orangé , le jaune, le vert , le bleu , l 'indigo et le violet. Il est évident que ces sept couleurs ne sont pas également réfrangibles , puisque les unes et les autres ont été inégalement dérangées dans leur direction par l’action du prisme. Le rouge est le moins réfrangible de tous ces rayons , et le violet est le plus réfrangible.

Le rapport de la réfrangibilité relative de chaque rayon peut être apprécié par les écirtemens divers qu’il faut mettre entre les trous dont nous avons parlé pour obtenir des couleurs pures. Et l’on remarque que ces intervalles sont, pour le verre, dans les mêmes rapports que

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les différentes longueurs d’une corde qui donneraient la gamme mineure.

Les sept couleurs du prisme sont évidemment les parties composantes de la lumière blanche; car , i° si on les fait converger toutes sur une même surfaeç au moyen de sept miroirs, on reforme du blanc; 2° si l’on réunit d’un côté trois de c«s rayons , et de l’autre côté les quatre autres , on obtient deux nuances qui sont évidemment complémentaires l’une de l’autre , et qui produisent le blanc par leur réunion.

Chacune des couleurs du prisme est bien véritablement une couleur simple ; car en soumettant chacun de ces rayons à part h l’action d’un nouveau prisme , on ne réussit plus h le décomposer. Néanmoins , quelques-unes de ces couleurs peuvent êtres produites artificiellement par la réunion de deux autres. C’est ainsi que le jaune et le bleu donnent du vert , le rouge et le jaune de 1 orangé , le bleu et le violet de l’indigo ; en sorte que quelques physiciens n’ont voulu reconnaître que trois couleurs primitives , le rouge , le jaune et le bleu. Mais il n y a aucune objection h faire à l’expérience d’analyse que nous venons de citer, qui appartient à Newton; et l’on conçoit du reste aisément comment la réunion de deux couleurs voisines peut imiter la couleur intermédiaire.

Les rayons lumineux que l’on essaie de décomposer par le prisme , ne fournissent pas toujours la totalité des couleurs du prisme. Il faut pour cela qu’ils soient composes d’une lumière parfaitement blanche. Ainsi le soleil , à son lever ou à son coucher , ou une lumière artificielle , ne donnent jamais un spectre complet.

Il résulte , de la propriété du prisme que nous venons d’indiquer, que les objets vus à travers un prisme paraissent non -seulement déplacés , mais colorés , surtout en

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rouge et en violet , à leurs bords; et qu’il en arrive autant,, soit aux objets que l’on regarde il travers une lentille , soit aux images que cette lentille projette sur un plan. Cette circonstance porte le nom d 'aberration de réfrangibilité , tandis que l’irrégularité linéaire des figures dépendante des divers degrés d’obliquité des rayons , se nomme aberration de sphéricité.

DE L’ACHROMATISME.

38o. Newton croyait que la faculté d’écarter les rayons Colorés les uns des autres était , dans les milieux réfringens, proportionnelle à leur force réfringente: mais Dcllond, opticien anglais , a découvert que ces deux propriétés n’étaient pas liées régulièrement entre elles, et qu’un corps pouvait réfracter moins qu’un autre et disperser davantage ; ce qui lui a fourni le moyen de conserver dans un prisme ou dans un verre composé la faculté de réfracter, en détruisant celle de disperser la lumière. C’est cet heureux résultat que l’on nomme achromatisme , ou privation de couleur , parce qu’à l’aide de certaines combinaisons on prépare des lentilles qui donnent des images blanches, ou du moins qui conservent la couleur naturelle des objets.

Si l’on suppose ( fg. i5q) un parallélipipède formé de deux prismes, ABC et DBG, et qu’on admelle que ces deux prismes aient les mêmes pouvoirs réfringens et dispersifs, il est évident que, si le premier prisme DBG réfracte et disperse le rayon GI , le second prisme produira des effets inverses , c’est-h-dire que le rayon ressortira blanc au point I’, et se dirigera suivant la ligne DG', qui •sera parallèle à sa direction première; mais si le second

prisme ABC a une force réfringente plus grande , avec le même pouvoir de dispersion, le rayon pourra sortir blanc en I", mais se diriger suivant l/'G", qui fait un angle avec sa direction première.

En appliquant ces principes h une lentille composée de diverses substances ( fig. 160 ) , il pourra arriver que, le rayon GII tombant sur un verre biconvexe d’une des deux, substances, le rayon rouge parvienne en K et le rayon violet en T, que ces rayons, réfractés par le second verre qui est concave , parviennent le premier en N, et le second en L, et qu’enfin , rapprochés de la perpendiculaire en sortant du verre, ils se réunissent en F à son foyer; ce qui produira une image sensiblement blanche. Nous disons sensiblement , parce qu’on peut calculer et produire cette coïncidence pour les rayons extrêmes , mais non pas aussi bien pour les intermédiaires , attendu que la propriété dispersive des corps réfringens varie pour chaque rayon.

Les deux substances qui servent h composer les verres achromatiques sont le verre ordinaire sans plomb ou le flint-glass des Anglais , et le verre contenant beaucoup d’oxide de plomb , ou le cristal que les Anglais nomment crown-glass.

58 1. Les corps solides, les liquides et même les fluides élastiques prennent les couleurs du prisme lorsqu’ils sont réduits en lames minces. Les lames de mica en offrent un exemple aussi bien que celles du sulfate de chaux; mais Newton a remarqué que , en posant un verre faiblement convexe sur une surface plane , l’air contenu entre les deux corps, ou l’eau qu’on y introduit , donnent lieu à des anneaux colorés diversement; il a vu que ces anneaux étaient placés à de telles distances les uns des autres que les épaisseurs qui laissaient passer la lumière étaient suivant

les nombres i , 5 , 5 , 7 , tandis qne les épaisseurs qui la réfléchissaient étaient comme les nombres o , 2 , 4 > 6 ; d’où il a conclu ce que l’on connaît sous le nom d 'accès de facile transmission ; il en a déduit une explication de la coloration des corps, et des règles tellement sûres que l’on peut déterminer l’épaisseur d’une lame par la couleur qu’elle réfléchit.

DE l’aEC-EN-CIEL.

38 1 (bis). Lorsque les rayons du soleil traversent un espace dans lequel il tombe actuellement de la pluie , il arrive souvent qu’un observateur convenablement placé aperçoit dans cet espace une bande lumineuse nuancée des couleurs du prisme. Quelquefois même on voit è quelque distance de la première une ou deux autres bandes moins lumineuses, mais dont les couleurs sont dans un autre ordre. On donne à ces phénomènes le nom d’arcs-en ciel solaires, et l’on peut en observer de beaucoup moins prononcés qui sont produits par la lune.

On se rend compte de ces effets avec beaucoup d’exactitude , en analysant la marche des rayons solaires dans un des globules d’eau dont la pluie est formée. Nous nous contenterons de donner une idée générale de cette explication.

Supposant donc dans l’espace un globule sphérique iri"P, considérant un rayon GI arrivant obliquement à la surface du globule, il pénétrera dans son intérieur en se réfractant, et parviendra au point I', mais dans une telle obliquité que, au lieu de sortir du milieu réfringent, il sera réfléchi dans son intérieur et se portera au point I" , ou , se trouvant moins oblique à la surlace du corps ré-

fringent , il en sortira en subissant une nouvelle réfraction pour se diriger ensuite suivant I " H. On conçoit que de semblables phénomènes peuvent se produire dans les globules de la pluie, lorsque le soleil , ces globules et l’œil de l’observateur sont dans des situations convenables; mais ils seraient inaperçus , si , dans les réfractions dont nous venons de parler , la lumière restait blanche. Il arrive , au contraire , que les sept rayons colorés étant inégalement réfractés , soit en entrant dans le globule , soit en en sortant, la lumière qui parvient îi l’œil présente les couleurs du spectre solaire.

On démontre , d’après ces principes , que la bande colorée qui constitue l’arc-en-ciel doit présenter l’apparence d’une portion de cercle dont les extrémités semblent reposer sur l’horizon; que dans le premier arc-en-ciel , qui est toujours le plus marqué, le rouge est placé h l’extérieur et le violet h l’intérieur; que le contraire arrive dans le second, qui se trouve situé au dessus du premier; enfin, qu’il ne peut exister d’arc-en-ciel que pour un spectateur qui tourne le dos au soleil en regardant l’espace où la pluie tombe.

On rend parfaitement compte delà formation du second arc-en-ciel en admettant que, sous certaines incidences, la lumière peut être réfléchie deux fois au lieu d’une dans l’intérieur du globule ; ce qui place nécessairement la seconde bande colorée dans un autre lieu de l’espace, en renversant l’ordre des bandes colorées qu’elle présente.

082. Opacité et transparence. Nous avons dit que les corps étaient distingués en opaques et transparens , suivant qu’ils empêchaient ou permettaient le passage de la lumière, et nous avons fait remarquer que ces propriétés n’étaient pas absolues , en sorte que le corps le plus opaque , tel qu’un métal , par exemple , laissait passer un peu de lu-

mière quand il devenait assez mince, tandis que le corps le plus transparent réfléchissait un peu de lumière; mais on a cherché h se rendre compte de ces effets , et les partisans de l’attraction ont pensé que les corps laissaient passer la lumière parce qu’ils étaient parfaitement homogènes, en sorte que leurs molécules attiraient également dans tous les sens les particules de la lumière , et en conséquence ne la dérangeaient pas de la direction rectiligne; ils ont cru au contraire que, les corps opaques n’ayant pas partout la même densité , l’attiraient inégalement et lui faisaient parcourir des sinuosités qui en détruisaient l’effet.

Plusieurs expériences viennent h l’appui de ce système. L’hydrophane est opaque quand elle contient de l’air; elle devient transparente , ou du moins translucide , quand elle est pénétrée d’eau ; beaucoup d’autres corps sont dans des cas analogues; une dissolution se trouble quand par une action chimique on sépare de sa composition un corps qui devient hétérogène.

583. Couleurs des corps. — Les corps présentent une grande variété de couleurs dcpu’s le noir jusqu’au blanc. On a dû chercher à se rendre compte de ces phénomènes.

Les corps noirs ont évidemment la propriété d’absorber toute la lumière ou de n’en réfléchir aucune partie ; ils font l’effet d’une absence de matière et représentent trèsbien un trou ou un vide. 11 est difficile de dire ce que devient cette lumière dans le système de l’émission; il est possible qu’elle se change en calorique ou en un fluide intermédiaire , qui n’affecte ni nos yeux ni notre tact.

Aucun corps n’est parfaitement noir ; le charbon est un des plus noirs que nous connaissions. Mais pour absorber ainsi la lumière, il faut que le corps soit poreux, comme le drap, par exemple; car uo corps noir, dense

et poli , peut devenir un très-bon miroir , tout en conservant sa couleur noire.

Les corps blancs ont évidemment la propriété de réfléchir tous les rayons de la lumière; car s’ils sont blancs sous les rayons du soleil , ils sont ronges quand on n’envoie à leur surface que des rayons rouges , et ainsi pour toutes les autres couleurs.

Les corps peuvent présenter non-seulement toutes les couleurs du prisme , mais encore une foule d’autres nuances. On attribue ces effets h ce que les corps -ont la propriété d’absorber toutes les couleurs du prisme , excepté une seule , qu’ils réfléchissent , ou plusieurs , qui se combinent pour produire les nuances intermédiaires. Newton expliquait ce fait en supposant , comme cela paraît être du reste démontré, que la lumière pénètre à une certaine profondeur très-petite dans l’épaisseur des corps; en sorte que cette épaisseur fait office de lame mince comme dans les anneaux colorés.

Les corps peuvent avoir une couleur quand on les voit par réflexion , et une autre par transmission ; c’est ce qui arrive à beaucoup de dissolutions. Ces couleurs sont souvent complémentaires l’une de l’autre, car le corps laisse passer ce qu’il ne réfléchit pas; mais quelquefois il manque quelques nuances , qui alors paraissent être absorbées par le corps.

Les couleurs peuvent être changeantes suivant la position d’où on les regarde; c’est ce qui arrive h certaines étoffes de soie , aux plumes des oiseaux , etc. Cela lient à ce que les filamens qui composent le corps n’ont pas la même couleur sous toutes leurs faces.

Les couleurs des corps peuvent être sombres et foncées, ou claires et brillantes; cette circonstance lient à la proportion de lumière blanche qui sc trouve réfléchie en