DISPERSION
prisme de même angle en flint-glass ou cristal, et le spectre de ce dernier renferme plus de violet que celui du premier prisme.
Pour faire la même expérience avec des prismes Iiquides,«on emploie le petit appareil ae (fig, 1&34}. Les deux lames de verre abce, a'b'ee sont à faces bien parallèles, et ou remplit les compartiments avec différents liquides. Le sulfure de carbone donne un très beau spectre ; celui que produit Teau, est peu étalé ; on le rend très brillant , en saturant 'eau d*acétate de plomb.
L*inégale répartition des couleurs dans les spectres formés par divers prismes, avait échappé à Newton. Ce fait , dont nous verrons l'importance pratique , a été découvert par Clairaut et Boscov^ich, et confirmé par Blair, puis par Brewster, Fig. 4534.
après avoir été contesté par Wollaston.
90SS. TiiOBiB SB NBWTmr. — Après avoir observé la dispersion dans les conditions les plus variées, Nevyrton a expliqué ce phénomène au moyen des trois principes suivants :
i^ La lumière blanche n'est pas simple^ mais composée d'une infinité de rayons différents présentant les couleurs que l'on observe dans le spectre.
2* Ces divers rayons sont inégalement réfrangibles ; ce qui fait qu'ils se séparent les uns des autres en se réfractant. La dispersion n'est donc autre chose que la décomposition de la lumière dans l'acte de la réfraction.
3^ Les rayons qui composent le spectre sont simples et indécomposables, et à chaque couleur correspond un degré de réfrangibilité particulier.
Pour établir cette théorie, il faut prouver que : 1® l'épanouissement du faisceav et la forme allongée du spectre qui en résulte, ne peuvent être produits par des rayons également réfrangibles ; 2® les divers rayons colorés ont des réfrangibilités différentes allant en croissant, du rouge au violet ; 2^ ils sont indécomposables par une nouvelle réfraction ; i^ tous les rayons colorés qui composent le spectre étant réunis et mélangés, forment de la lumière blanche. C'est ce que Newton a établi de la manière la plus évidente, au moyen de nombreuses expériences que nous allons passer en revue.
SIIS6. I. L'allonipeaieiit dn «i^ectre est Ineonf^atlble avec l'égale réfran^biilté des rayoïia. — Quand un faisceau conique de rayons tous également réfrangibles traverse un prisme placé dans la position du minimum de déviation du rayon qui forme l'axe dn c6he, la section droite du faisceau émergent présente sensiblement la même forme que celle du faisceau incident. So\i s (fig. 1535) le faisceau incident formant un cône droit ; nous allons d'abord prouver que l'angle s' formé par les rayons émergents qui limitent le faisceau dans la section droite du prisme, est égal à l'angle s. En effet, en appelant a, a\ et c, c' les angles que font avec les faces du prisme, les rayons
GHROMAnQUE.
incidents et émergents qui forment les angles s et »', nous aurons B = a' — a et «' = c — c' ; et pour que «' soit égal à s, il suffit que Ton ait a=c et a=e'. Or, le rayon qui forme Taxe du c^ne incident étant dans la position du minimum de déviation, la partie incidente et la partie émergente de ce rayon sont également inclinées sur les faces du prisme (i973), et l'on aura aussi, sensiblement, a = c et c' = a' ; puisque, dans le voisinage du minimum , de petites variations dans l'angle d'incidence n'en apportent que de très faibles dans la déviation; ce que l'expérience montre d'ailleurs, puisqu'on peut faire tourner légèrement le prisme sur lui-même sans que la déviation minimum change d'une manière appréciable. Les dimensions du
faisceau émergent n'étant pas 'sensiblement modifiées dans un plan parallèle aux arêtes du prisme, la forme de l'image r' sera la même que celle de l'image directe r.
Ce résultat peut se vérifier par l'expérience, en interposant dans le faisceau incident une lame de verre rouge, qui ne laisse passer que des rayons également réfrangibles : l'image du trou circulaire du volet se projette sur un écran sous la forme d'un cercle, quand le prisme est dans la position du minimum de déviation, mais si Ton vient à le faire tourner, on voit l'image s'allonger dans
FIg. 4 535.
Fig. 4 536.
le plan de réfraction quand le faisceau incident se relève vers le sommet, et s'aplatir, quand le faisceau s'abaisse vers la base. — On peut aussi expérimenter en regardant un corps spHérique à travers le prisme et la lame de verre rouge ; ce corps parait rond dans la position du minimum de déviation, allongé quand les rayons qui entrent dans l'œil s'abaissent vers la base, et aplati quand ces rayons sont relevés vers le sommet ; c'est le contraire de ce qui a lieu quand on reçoit l'image sur un écran (4968). Nous devons conclure de ce qui précède que, le spectre solaire étant allongé
DECOMPOSITION DE LA LUMIERE PAR REFRACTION.
Fig, 1537.
dans la position du prisme qui donne là déviation minimum, le faisceau incident ne peut être composé de rayons également réfrangibles.
SaSV. II. Les divers rayoBs eolorés sont Inéipalenieiit réflrmniplbles.
— Pour établir ce principe, Newton a multiplié les expériences. !<> On isole un très mince pinceau de rayons sortant d un prisme P (fig. 4536), en faisant tomber le spectre e sur un écran percé de petits trous. Ces trous sont fermés par des lames à coulisse , excepté celui qui doit laisser passer le pinceau que Ton veut isoler. Ce pinceau traverse un second prisme P' qui le dévie vers sa base, et que Ton place de manière à obtenir le minimum de déviation. La dislance aa' de l'image a projetée sur un écran , â Timage directe a' que forme le rayon quand le prisme est enlevé , sert de mesure à la déviation. En opérant
ainsi avec les rayons de différentes couleurs, on trouve que la distance aa' est plus grande pour les rayons violets que pour tous les autres, et va en diminuant du violet au rouge, pour lequel elle est la plus petite.
2*» On prouve encore Tinégale réfrangibilité des rayons colorés, par Texpérience des prismes croisés. Le spectre, formé par le prisme P (fig, 4537 ), est reçu sur un second prisme P', perpendiculaire au premier. Les rayons sont de nouveau déviés par le prisme P' , et le spectre r'v' est rejeté du c6té de sa base, en.
rv, eiobliquement, de manière que l'extrémité violette v ^e trouve plus éloignée du spectre direct r'r', que Textrémité rouge r ; ce qui prouve que les rayons violets ont été plus déviés par le second prisme que les autres rayons. Les
bords du spectre ainsi déplacé étant rectilignes, on en conclut que la réfrangibilité des rayons colorés croît d'une manière continue du rouge au violet, comme on pouvait le prévoir, puisque les couleurs se fondent les unes dans les autres. De plus, si le second prisme P' est identique avec le premier, et si les rayons entrent sous la même incidence , les distances' v'v et r'r sont égales aux distances Av\ Xr' qui séparent les extrémités v\ r' du spectre direct, du point A où se formerait l'image directe de Touverlure du volet, si les deux prismes étaient enlevés ; ce qui montre que la réfrangibilité de chaque rayon n*est pas changée par son passage à travers le premier prisme.
Newton a donné à cette expérience une forme encore plus piquante : il superpose sur un même écran, deux spectres inverses rv, v'r' (fig. 1538) formés par deux prismes égaux P, P' recevant chacun un pinceau de rayons solaires; puis regardant ce double spectre avec un troisième prisme p perpendiculaire aux deux autres, il voit les deux spectres, déplacés vers le sommet de ce troisième prisme (1968), et croisés comme on le voit enRV, KW
Les expériences qui précèdent montrent bien que la coloration du faisceau dispersé n*est pas due à une action exercée sur la lumière par la substance du prisme, puisque le second prisme ne produit pas un effet semblable, le spectre déplacé n'étant pas étalé dans le plan de réfraction.
3^ Newton a encore prouvé l'inégale réfrangibilité des rayons, au moyen de la réflexion totale. L'angle limite 0 étant lié avec l'indice de réfraction n, par la formule sin 0 = 1 in (1949), cet angle doit être d'autant plus petit que les rayons sont plus réfrangibles. Voici comment l'expérience se fait : on prend un prisme de verre ABC (fig. 1539) dont l'angle  est droit, et les deux autres, égaux à 45° ; on fait tomber sur l'une des petites faces, un pinceau de rayons, s, qui donne un spectre vr; puis, inclinant peu à peu le prisme, de manière à augmenter l'angle du rayon sn avec la normale à la face CB , on rend cet angle sensiblement égal à l'angle limite. Or, l'angle limite étant, pour le verre, pig. 1539.
de 41° environ, on voit que le rayon incident
sera alors sensiblement perpendiculaire à la face i^C, qu'il traversera sans déviation et par conséquent sans dispersion , et tous les rayons colorés qui la composent tomberont sur la face CB sous la même incidence. Cependant, ils ne commencent pas à éprouver au môme moment la réflexion totale ; les rayons violets l'éprouvent les premiers, puis les rayons indigos, bleus, etc. , et ces rayons disparaissent successivement dans le spectre rv. Pour en constater la présence dans le rayon qui émerge en e, on le reçoit sur un second prisme abc, qui forme un spectre pâle r'v' à cause d'un peu de lumière blanche réfléchie à la surface BC. Mais, dès que les rayons violets, indigos bleus.... disparaissent successivement dans le spectre rv, on les voit apparaître avec un vif éclat dans le spectre r'v', à leur place ordinaire. Newton désignait ce phénomène sous le nom d'inégale réfleaibilité des rayons.
4^ De peur qu'on n'attribuât l'inégale réfrangibilité, à une modification que les rayons auraient éprouvée par l'action du verre. Newton a constaté l'inégale réfrangibilité de rayons qui n'avaient pas traversé un premier prisme. Pour cela, il a placé parallèlement aux arêtes du prisme ABC (fig, 1540), une bande de papier Br bien éclairée, dont une moitié, 6, était bleue, et l'autre, r, rouge. Ayant regardé cette bande à travers le prisme, il vit les deux moitiés.
séparées l'une de l'autre; la partie bleue, b', était plus relevée ^ers le sommet que la partie rouge, r'; ce qui prouve que les rayons envoyés par la bande bleue, arrivent dans Toeil après avoir été plus déviés que les rayons rouges. L'expérience peut se faire avec deux autres couleurs, et les deux parties de la bande sont d'autant plus écartées, que ces couleurs sont plus éloignées l'une de l'autre dans le spectre.
5<» Ayant tendu quelques fils noirs sur les deux parties colorées vivement éclairées. Newton reçut sur un écran l'image de ces bandes formée par une lentille, et reconnut que les images des fils noirs sur les deux parties colorées ne peuvent être nettes en même lemps; l'écran doit être plus rapproché pour la partie bleue que pour la partie rouge ; ce qui montre que les rayons bleus font leur foyer plus prés que les rayons rouges.
Newton a encore opéré en éclairant une page imprimée, avec les rayons du spectre,, et cherchant la position de l'image focale formée par les rayons réfléchis diffusénient par le papier. Il trouva que l'écran devait être plus près de la lentille pour voir nette- pjg. 1 540.
ment l'image des caractères éclairés par la
partie violette du spectre , que pour voir l'image d^ ceux qui étaient éclairés par la partie rouge. Il est essentiel d'opérer dans une chambre complètement obscure, pour que la feuille imprimée ne reçoive pas d'autre lumière que celle du spectre.
IMeS. Aberration de réffiraii|(lblllté des leBUIles. — Il résulte de ce qui précède, que les rayons qui traversent une lentille se décomposeront par réfraction, et que les différents rayons colorés ne formeront pas leur foyer à la même distance, même avec une lentille aplanétiqtte. Il résulte de là, dans les images focales, un défaut de netteté désigné sous le nom i' aberration de réfran^bilité, et Ton nomme lentilles achromatiques, des systèmes de lentilles dans lesquelles on est parvenu à le corriger.
leoen. lU. Les rayons dn «i^eetre sont ftiniplea. — Quand OU reçoit sur un prrsme P' (fig. i536) un pinceau coloré séparé par l'écran e, du faisceau disper^ par le prisme P, on remarque que ce faisceau est dévié en a sans éprouver de nouvelle coloration, et l image a conserve la forme de l'ouverture de l'écran, si le prisme P' donne la déviation minimum. Newton a conclu de là que les rayons colorés du spectre sont simples et homogènes. Cette conclusion a d'abord été attaquée par plusieurs physiciens, parmi lesquels on est étonné de trouver Mariette. C'est qu'on ne prenait pas assez de précautions pour éviter tout mélange de rayons diversement colorés en un même point du spectre. Des expériences faites avec plus de soin confirmèrent celles de Newton. Depuis, on a soutenu que, si les rayons colorés ne peuvent être
iSi CHROMATIQUE.
déoamposés par la réfraction, ils peuvent l'être par l'absorption de quelquesunes de leurs parties, quand ils traversent certains milieux colorés ; mais nous verrons puis loin (2051) que Topinion de Newton, qui regardait les rayans colorés du spectre comme simples et homogènes, est sortie viclorieuse des nombreuses épreuves auxquelles elle a été soumise dernièrement, et qu'il faut admettre, avec ce grand physicien, que la couleur des rayons est liée à la réfrangibflité ; chaque rayon coloré correspondant à une réfrangibilité particulière.
M80. IV. Le n^iaace diea eonlenrs en speetre forate ém himme, — Newton a fait un grand nombre d'expériences pour réunir les couleurs du spectre solaire, soit en ramenant au parallélisme les rayons divergents qui le forment, soit en les rassemblant en un même point :
lo On reçoit le faisceau s dispersé par un prisme P (fig. 1541), sur un second prisme P' de même angle et de même substance, mais ayant son sommet tourné du côté opposé à celui du premier. Les deux prismes doivent être assez près l'un de l'autre pour que le second reçoive le faisceau tout entier-
Fig. 1542.
Fig. 1543.
Les rayons sont alors ramenés au parallélisme, et forment un faisceau de lumière blanche. Si les prismes n'ont pas exactement le même angle et ne sont pas de même substance, on arrive encore au même résultat quand les différences sont peu prononcées, en donnant au second prisme une position convenable. — On peut encore prendre une cuve rectangulaire eu verre ab (fig. 1542), partagée en deux par une cloison diagonale ce' ; on verse de l'eau dans un des compartiments acc\ et l'on fait passer un faisceau s à travers le prisme formé par la cloison et par Tune des faces, ac\ Ce faisceau donne un spectre rv ; mais le fai.sceau est ramené en e, à sa forme cylindrique et à sa blancheur primitive, dès qu'on remplit d'eau le second compartiment, qui foime un prisme dont l'angle est opposé à celui du premier. <»
Enfin, au lieu de faire passer le faisceau dispersé à travers un second prisme, on peut recevoir le spectre rv (fig. 1543) sur un écran blanc, et le regarder à travers un se:ond prisme P' placé très près du premier, et ayant son sommet tourné du même côté ; en tournant peu à peu le prisme P', ou finit par apercevoir une imago blanche d. On se rend facilement compte de ce résultat, en remarquant qu'un rayon de lumière blanche venant de o fournirait le spectre rv après avoir traversé le prisme P'. Or, les rayons doivent suivre la même route quand ils viennent en sens contraire, des différents points de rv ;
