VITESSE DE LA LUMIÈRE
128. Vitesse de propagation de la lumière dans les espaces planétaires. — Le
temps que met la vibration lumineuse pour se transmettre d'un point à un autre est excessivement petit.
La vitesse de propagation de la lumière est si grande par rapport à celle du .• son (voy. § 109) qu'on peut déterminer cette dernière en mesurant le temps qui : s'écoule entre l'instant où l'on aperçoit la lueur produite par un coup de canon i et l'instant où l'on entend le bruit de l'explosion."
Pour mesurer la vitesse de la lumière , on a eu recours à deux méthodes principales : les observations astronomiques et l'emploi d'appareils physiques ■ spéciaux. Les divers procédés employés ont fourni des résultats assez voisins • et qui conduisent à une vitesse de 77,000 lieues (308,000 kilomètres) par seconde; il a été reconnu, en outre, que cette vitesse est la même pour toute espèce de lumière, quelles qu'en soient la couleur et l'origine.
C'est en 1670 qu'Olaf Rœmer, astronome danois, calcula le premier la vitesse de la lumière, à l'aide de l'observation des éclipses du premier satellite de Jupiter. Bradley et Molineux ont utilisé dans le même but le phénomène de Vaberration des étoiles lixes ; on sait que ce phénomène consiste dans une déviation apparente des étoiles du côté vers lequel se transporte la terre, déviation due à la combinaison du mouvement de progression de la lumière et du mouvement de translation de notre planète autour du soleil.
129. Vitesse de la lumière dans l'air. — La méthode astronomique donne la valeur de la vitesse de la lumière clans le vide des espaces planétaires. Il importait donc de déterminer cette vitesse dans l'air, et pour cela il fallait opérer sur une lumière prise à la surface de la terre. Fizeau et Foucault, chacun de son côté, sont parvenus, à l'aide d'appareils extrêmement ingénieux, à mesurer la vitesse de la lumière dans l'air, le premier sur une distance de quelques kilo-
; mètres, le second sur une distance de 4 mètres seulement. Fizeau a trouvé le .nombre 78,800 lieues; cette valeur comparée à celle que fournissent les mesures astronomiques pour la vitesse dans le vide est un peu forte, puisque la lumière doit se propager plus lentement dans l'air, ainsi que nous allons le dire dans le paragraphe suivant. Il est vrai que la méthode astronomique pèche sous le rapport de l'exactitude-et que le procédé de Fizeau renferme aussi des causes d'erreur. Les dernières expériences de Foucault ont donné le nombre de 75,000 lieues (300,000 kilomètres) pour la vitesse de la lumière dans l'air.
130. Vitesse de la lumière dans différents milieux. — La lumière ne se transmet pas avec la même rapidité dans les différents milieux; elle se propage plus lentement dans les milieux [plus réfringents, lesquels sont aussi, en général,] plus denses. La vitesse de la lumière dans l'eau , par exemple, n'a que les 3/4 de la valeur qu'elle possède dans l'air. C'est ce que Foucault a démontré expérimentalement en faisant passer les rayons lumineux successivemcnl dans
WUN'DT, Physique médicale, 17
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l'air et au travers d'une colonne d'eau. Fizeau, de son côté, et avec un appareil analogue à celui de Foucault, est arrivé au même résultat.
On se rappelle que la vitesse de propagation des ondes diminue quand la densité du milieu augmente (voy. § 41). Les expériences de Foucault apportent donc une preuve directe en faveur de la théorie des ondulations.
H. Réflexion e,t réfraction de la lumière.
131. De la réflexion de la lumière en général. — Toutes les fois que la lumière rencontre sur son trajet une surface de séparation entre deux milieux, elle éprouve une perturbation dans sa marche : une partie est réfléchie, c'est-à-dire renvoyée dans le premier milieu ; l'autre partie pénètre dans le second milieu et s'y propage avec une vitesse différente, ce qui a pour effet de dévier le rayon lumineux de sa direction primitive, sauf dans le cas d'incidence normale (cf. §§ 41-43). C'est de cette manière que prennent naissance les phénomènes de réflexion et de réfraction.
Les corps non lumineux par eux-mêmes ne sont rendus visibles que par la lumière qid leur vient du dehors et qu'ils réfléchissent à leur surface. La plupart du temps, cette réflexion a lieu irrégulièrement dans toutes les directions de l'espace. Il n'y a que les corps dont la surface est polie qui produisent une réflexion régulière ou spéculaire, c'est-à-dire qui renvoient la lumière dans une direction déterminée, dépendant d'ailleurs de l'angle d'incidence des rayons lumineux et de la forme de la surface réfléchissante ; de pareils corps reproduisent par réflexion l'image des objets extérieurs qui leur envoient des rayons lumineux.
La réflexion irrégulière ou diffuse, la seule qui nous fasse voir les corps non lumineux, peut être considérée comme résultant d'une infinité de réflexions régulières; car une surface rugueuse est, en réalité, constituée par la juxtaposition d'innombrables surfaces très-petites, toutes parfaitement polies, mais orientées dans toutes sortes de sens, de sorte que la lumière qui tombe sur l'ensemble de la surface est renvoyée dans une infinité de directions différentes.
131a. De la réfraction de la lumière en général. Transparence et opacité des corps. — La portion de lumière qui n'est pas réfléchie par les corps pénètre dans l'intérieur de leur substance et s'y réfracte. De même que la réflexion peut être régulière ou diffuse, de même il existe aussi une réfraction régulière et une réfraction irrégulière. La lumière se réfracte régulièrement dans les milieux transparents ou diaphanes. Pour qu'une substance soit transparente , il faut, en général, qu'elle ait une constitution homogène et une surface polie. Les corps diaphanes fournissent des images des objets situés derrière eux, images qui nous font voir ces objets, mais qui peuvent, selon les circonstances, en modifier la grandeur ou la position apparentes.
Les milieux qui, par suite de l'irrégularité de leur surface ou du manque d'homogénéité de leur substance, produisent une réfraction diffuse, sont simplement translucides, c'est-à-dire qu'ils se laissent traverser parla lumière, mais
RÉFLEXION DE LA LUMIÈRE
qu'ils ne donnent pas d'images nettes. On peut aussi envisager les corps translucides comme formés par la réunion d'une foule de particules transparentes, orientées dans tous les sens; les rayons lumineux sont alors réfractés dans différentes directions, et de plus, ils éprouvent une réflexion partielle à chaque fois qu'ils traversent une surface de séparation entre deux particules contiguës ; un milieu translucide laisse donc toujours passer moins de lumière qu'un corps transparent. Ce phénomène des réflexions partielles, joint aux effets de l'absorption de la lumière dont il sera traité plus loin (voy. chap. XI), opère la transition graduelle de la transparence parfaite à l'opacité absolue. Telle substance qui, sous une grande épaisseur, est complètement opaque, devient souvent translucide et même transparente , quand elle est réduite à une couche d'une excessive minceur. [On peut même dire que c'est là une règle générale et que tous les corps, y compris les métaux , se laissent traverser par la lumière, dès qu'ils ont une épaisseur suffisamment petite.]
[131b. Loi de réciprocité. — Il est une loi générale d'optique qui s'applique à tous les mouvements ondulatoires , et qui a une grande importance ; c'est la suivante :
Tout rayon lumineux qui passe, par deux points déterminés de l'espace suit toujours le même chemin, quel que soit le sens dans lequel il marche, pourvu qu'il ne survienne pas de changements dans le nombre , la compoposition ou, la disposition des milieux interposés.}
