R|:C0HP0SIT10N DE LA LUMIÈRE

ils se confondent donc et forment le faisceau blanc o. Pour réussir, il faut que Tobscurité soit complète, afin que le spectre rv ne reçoive pas de lumière étrangère. Si le prisme P est assez long, on peut regarder le spectre à travers une section différente de celle que traversent les rayons qui le forment, et Ton aperçoit une image blanche.

2« On recompose la lumière blanche en rassemblant en un même point les rayons colorés qui forment le spectre. On peut se servir pour cela d*une lentille rv (fig. 1544) assez grande pour recevoir tout entier le faisceau dispersé par le prisme P. Les rayons qui ont traversé la lentille se croisent en F, foyer conjugué du point €, et continuent leur route en produisant un second spectre r'v' renversé par rapport krv; ce qui montre que les rayons colorés ne se modifient pas au foyer, et que chacun d'eux conserve ses qualités en se mélangeant aux Fig. \ ô44.

autres. Il en est encore de

même quand ces rayons se réfléchissent en F; car si l'on place en ce point un petit miroir plan, on obtient un spectre r'^t;'' symétrique de r'v' par rapport au plan de ce miroir. Les différents rayons colorés ne forment pas leur foyer «lu même point, mais dans un espace assez petit ; si l'on place un écran blanc dans cet espace, chaque couleur est réfléchie diffusément et se mêle ainsi aux autres , de manière à donner une tache blanche , entourée cependant d'une auréole violelte provenant des rayons qui font leur foyer le plus près delà lentille.

Si Ton intercepte, avec une règle parallèle aux arêtes du prisme, quelquesunes des couleurs du spectre, l'image focale F reçue sur un écran blanc n'est plus blanche, et sa couleur change quand on déplace la régule. Pour intercepter des couleurs non contiguês, on emploie un écran découpé E. Si l'on imprime à cet écran un mouvement de va et vient très rapide, l'image focale paraît blanche ; c'est que l'impression faite dans l'œil ayant une durée d'environ -^ de seconde, les couleurs se succèdent assez rapidement au foyer pour que les impressions subsistent simultanément.

Tous ces résultats peuvent s'obtenir également au moyen d'un miroir sphérique concave.

3o On peut encore Tassembler en un même point les rayons dispersés par un prisme, au moyen de 7 petits miroirs plans (fig. 1545) pouvant tourner autour d'un axe vertical et d'un axe horizontal, et être rapprochés plus ou moins les uns des autres sur la barre ab. On les place et on les incline de manière que chacun d'eux reçoive une des couleurs principales du faisceau dispersé, et que les 7 faisceaux réfléchis se croisent en un même point, où ils forment de la lumière blandie.

4» La durée des impressions produites dans l'œil a suggéré i Newton rexpérience suivante : on divise un disque de carton en 7 secteurs peints des couleurs du spectre, et d'étendue convenable. Quand on fait tourner rapidement ce disque, il parait blanc. — Les* couleurs s'altérant peu à peu, au bout de quelque temps le résultat cesse d'être satisfaisant. Il faut alors diminuer l'étendue de la couleur qui domine, au moyen de bandes de papier noir. M. Dubosca imaginé d'employer des secteurs en verre coloré ou en gélatine, k travers lesquels on regarde la lumière des nuées. Cette lumière conserve sa

blancheur pendant le mouvement de rotation. — On peut alors mettre le disque dans un ^ ^ ^ ^ faisceau de rayons solaires divergents, obtenus S a avec une lentille ; les secteurs se peignent surun

S écran éloigné, et l'image devient blanche pen-

M dant la rotation. Musschenbroeck expérimen-

il tait avec une toupie dont la surfoce était divi*

J£ sée suivant les méridiens, en 7 parties peintes.

.-^^Sf^ — 5^ Newton a cherché à obtenir la couleur

Fig. 4 345. blanche, en mélangeant des poudres, colorées

des principales nuances du spectre; mais il restait toujours une teinte grise. Cela tient à ce que les poudres absorbent beaucoup de lumière , el l'effet est le même que celui que produisent les corps blancs faiblement éclairés, qui paraissent gris, et d'autant plus que le jour est plus faible. Pour confirmer cette explication , Newton éclaira par les rayons solaires, un mélange de poudres d'orpiment, de pourpre, d'azur et de vertdécris ; à c6té de ce mélange était placée , mais i ^^^ A Vombre^ une feuille de papier blanc. Le papier paraissait gris et la poudre, d'un blanc éclatant. -p» S03f . Exf^lleatlon de qaelqnes i^héBMMèBea.

\ — Quand un faisceau de rayons lumineux traverse un L milieu incolore terminé par des plans parallèles, il sort sans présenter de coloration, quoiqu'il éprouve la dispersion dans l'intérieur du milieu. Cela tient à ce que tous les rayons émergents sont parallèles aux rayons incidents dont ils proviennent (1965). Considérons, par exemple, un faisceau de lumière blanche ka (fig, i 546) tombant sur une lame de verre LL'. Un rayon a sera décomposé dans l'intérieur de la lame en un faisceau coloré très mince nec , et formera à sa sortie un pinceau cylindrique rv, dans lequel seront distribués des rayons de toutes les couleurs. Mais le rayon voisin, a\ fournira un rayon rouge qui, tombant dans l'espace ec, se superposera au rayon orangé provenant de a. De même, le rayon a" formera un rayon rouge qui se superposera au rayon jaune de a et au rayon orangé de a' ; de sorte qu'à une distance insensible du bord er du faisceau émergent, on aura toutes les couleurs superposées, et par conséquent de la lumière blanche. Les bords r et V du

RECOMPOSITION DE LA LUMIÈRE. i87

faisceau rV présenteront des rayons colorés séparés; mais ces rayons seront parallèles et se trouveront distribués dans un espace tellement petit rv, que les couleurs seront insensibles, à moins que la lame ne soit très-épaisse. — On peut observer la décomposition qui se fait dans l'intérieur de la lame, en faisant tomber très obliquement un très mince pinceau de rayons solaires sur une couche d*huile de cassia placée dans une auge en verre à faces bien parallèles ; on distingue facilement la dispersion produite par la première réfraction , avant que les couleurs ne se réunissent à la seconde.

On voit que la recomposition de la lumière dispersée en dedans, a lieu à Témergence, parce que les rayons réfractés font des angles égaux avec les faces d*entrée et de sortie; cette recomposition aurait donc eu lieu, si, cette condition étant remplie , les faces n'étaient pas parallèles ; cette remarque va nous servir à expliquer Texpérience suivante.

Expérienee de Charles. — On fait tomber sor un prisme équilatéral ABC (fig. 1548) un pinceau de rayons solaires, si, dans la direction du minimum de déviation, et en un point i situé au tiers du côté AB. Ce pinceau donne d'abord un spectre r; une partie du pinceau réfracté ta se réfléchit en a suivant ac parallèle à AB, et donne un pinceau émergent c6, parfaitement blanc. C'est pig. 4547.

que le pinceau ac étant la continuation de ta, et rencontrant la face C6 le violet en dessous , et en faisant avec elle le même angle que ta avec la face AB, le pinceau brisé tac est dans le même cas que s'il traversait un milieu terminé par deux faces parallèles. Les rayons émergents c6 forment donc un pinceau cylindrique. Une réflexion partielle en c donne un faisceau cd qui émerge en d et produit un second spectre r\ Le pinceau réfléchi de ayant le violet en dessous par rapport à la face AC, donne le pinceau blanc eh\ et en même temps le pinceau réfléchi en qui donne lieu au spectre f". Enfin, la portion de lumière qui se réfléchit en n donne le faisceau blanc b", et en i, il se fait une réflexion partielle qui donne un pinceau qui se confond avec ia, de manière que les rayons qui émergeront ou se réfléchiront ne feront que reproduire les images déjà formées. — Ces résultats se vérifient par l'expérience, et l'on remarque que les images r, h, r', 6'... sont de plus en plus faibles. Comme les deux images r et b' sont très peu éloignées Tune de l'autre comparativement à leur distance au prisme, on peut trouver le minimum de déviation dans le cas du prisme isocèle, en le faisant tourner jusqu'à ce que ces deux images se rencontrent.

FrftB^es Irisées des eorps vos à trftvers nn prtsaie. — Quand OU regarde une ligne lumineuse, ou une ligne blanche éclairée sur un fond noir, h travers un prisme qui lui soit parallèle, on aperçoit un spectre dont le violet se trouve du côté du sommet. C'est que la ligne doit être considérée comme formée de lignes superposées présentant les diverses couleurs du spectre, et donnant des images d'autant plus relevées vers le sommet que les rayons

colorés qu*elles émettent sont plus réfrangibles (S0i7). C'est par ce moyen que Ton peut obtenir le spectre de faibles sources lumineuses. Les étoiles donnent ainsi des spectres brillants, qu*on ne pourrait obtenir par projection sur un écran.

Quand la ligne blanche est remplacée par une large bande, les deux côtés parallèles aux arêtes du prisme sont bordées de couleurs irisées, le violet terminant le bord tourné du côté du sommet du prisme, et le rouge, le bord opposé. Entre ces bords irisés se trouve le fond blanc de la bande. Les côtés perpendiculaires aux arêtes du prisme ne sont pas colorés. Ici on doit considérer tous les éléments linéaires de la bande, parallèle aux arêtes, comme formant autant de spectres. Ces spectres se superposent à une certaine distance des bords, et il y a en chaque point toutes les couleurs superposées, ce qui produit du blanc. Mais près du bord qui se trouve du côté du sommet, le premier spectre n'est recouvert qu'en partie par les suivants ; de sorte que Ton a d'abord du violet pur, puis le violet du spectre suivant mêlé avec l'indigo du premier, puis le violet du troisième mêlé au bleu du premier et à l'indigo du second... et ainsi de suite jusqu'au point où commence le blanc. Au bord opposé, on a du rouge, puis du rouge mêlé à de l'orangé, puis ces deux nuances

mêlées à du jaune Si la bande n'est pas suffisamment large, la partie

blanche pourra ne pas exister, et la bande sera colorée dans toute son étendue. Si la bande est noire sur un fond blanc, c'est le fond qui donne des couleurs, et elles -sont évidemment en ordre inverse.

Quand la bande possède une couleur propre, on a encore des franges, mais présentant des couleurs qui dépendent du mélange de rayons qui donne la couleur du corps. Si la bande est assez large, il y a entre les deux bords irisés un espace présentant celte couleur.

Quand la bande est très longue, elle a la forme d'un arc dont la convexité est du côté de la base du prisme. C'est que les rayons qui partent des extré^ mités passent obliquement, et sont dans le même cas que s'ils traversaient uo prisme à angle plus grand ; ils sont donc plus déviés, ce qui les fait paraître plus relevés vers le sommet.

Quand on regarde une flamme à travers un morceau de verre taillé h facettes, tout rayon qui passe par deux faces formant un angle, donne un spectre, comme s'il avait traversé un prisme. Chacun des prismes que l'on peut imaginer en considérant les facettes deux à deux, donne ainsi une image particulière frangée de vives couleurs. C'est ainsi que se forment ces couleurs irisées que l'on voit dans ces petites masses de verre taillé que l'on suspend aux lustres; à la vive lumière du soleil, leur effet serait bien plus brillant. Les diamants produisent des effets analogues.

S08S. SAiniQU B'miLii us lATOia su SFBGTU. — Plusieurs expériences de dispersion doivent, pour réussir, être faites avec un spectre dont les couleurs soient bien séparées les unes des autres ; aussi Newton a-t-il cherché avec soin les moyens de remplir cette condition ; et il a prescrit les règles suivantes :

MANIÈRE d'obtenir UN SPECTRE PUH. 189

i« Il faut employer un prisme en verre pur et exempt de stries, et lui donner un grand angle (2024). On forme un prisme bien homogène, en remplissant un prisme creux en glaces avec du sulfure de carbone, liquide qui forme un spectre très allongé. Mais il faut éviter les inégalités de température dans la masse liquide.

â"" Le faisceau incident doit être très mince perpendiculairement aux arêtes du prisme. En effet, si nous considérons deux rayons a et a' (/?^. 1548), ' chacun d'eux forme un spectre particulier rv, r'v' , ces spectres se superposent et leurs couleurs se mêlent dans la partie r'v. On voit que les deux spectres sont d'autant plus près de coïncider que l'épaisseur aa' est moindre. Les rayons compris entre a et a' donnent, de môme, des spectres qui viennent mêler leurs couleurs à celles des spectres extrêmes rv, r'v\ En considérant en particulier Tespace neo, n étant le point où le rayon violet du faisceau arv coupe le rayon rouge du faisceau a'r'v\ on verra qu'en chaque point de cet espace il passe un rayon de chaque couleur, et que, par conséquent, cet espace est blanc : en effet , si Ton rapproche peu à peu le rayon a du rayon a', le spectre rv empiétera de plus en plus sur le spectre rV, et se confondra avec lui quand le Pig. ^ 54^.

rayon a coïncidera avec le rayon a\

Pendant ce mouvement, les différents rayons colorés qui forment le spectre rv passent successivement par le point n ou par tout autre point de l'espace nco. Or, le résultat sera le même, si, au lieu d'un rayon mobile de a en a', on considère les rayons fixes qui remplissent toute l'épaisseur aa\

Les faisceaux cylindriques, rouge, rr\ et violet vv (fig. 1548), divergeant entre eux, plus l'écran sera éloigné, plus le spectre qu'il reçoit sera pur. Par exemple, jusqu'en n, du rouge se mêle au violet, tandis qu'en rv\ ces deux couleurs sont isolées de celles de la partie moyenne du spectre. Il faut donc placer l'écran loin du prisme.

4® Les rayons incidents ne doivent pas être divergents. En effet, supposons qu'ils divergent en formant un cône droit, et que le prisme soit placé de manière à donner la déviation minimum. Les rayons de chaque couleur formeront un c6ne qui produira sur un écran éloigné une image arrondie (/S^. 1549). Par exemple, les rayons rouges et les rayons violets formeront les images rv, r'v\ d'autant plus écartées que l'écran est plus éloigné, et d'autant plus rapprochées, pour une même distance, que l'angle du c6ne incident est plus grand. On voit donc que, moins le faisceau sera divergent, plus les images seront petites, et plus les couleurs en chaque point seront homogènes ; 'comme on le voit en ÂB et ab. — On peut calculer le nombre do couleurs qui passeront par un point donné» si l'on connaît le rayon r de chaque image et la longueur totale / du spectre, et

Fig. 4 549.

si Ton suppose que les centres des cercles correspondants aux 7 couleurs sont également espacés. En effet, tous les cercles dont les centres sont à des distances du point donné moindre que r apportent leur couleur en ce point. Or, les centres qui satisfont à cette condition occupent un espace 2r; et comme tous les centres sont distribués sur une longueur totale /— âr, on voit que le nombre

des cercles qui se superposent, au point donné, est proportionnel à -; ;

valeur positive, puisque l est toujours plus grand que 2r, d autant plus petite que r est lui-même plus petit, et nulle pour r = 0, comme on pouvait le prévoir.

5» Le diamètre apparent du corps lumineux qui fournit le faisceau incident doit être aussi petit que possible ; car, le faisceau incident passant par une très petite ouverture 0, est d'autant plus divergent que le diamètre apparent est pFus grand. Par exemple, s'il s'agit du soleil, ce faisceau forme un cône dont 1 angle au sommet est de 30'. De plus , il y a autour de chaque image colorée une pénombre qui rend confus les contours de chaque cercle coloré, et qui est d'autant plus étendue que le diamètre apparent est plus grand. On peut diminuer la divergence des rayons solaires, en faisant passer le faisceau à travers deux ouvertures étroites ; mais le spectre est alors peu brillant. Pour en obtenir un très lumineux et à couleurs bien séparées.

Newton fait tomber un faisceau rectangulaire large et épais sur une lentille à très long foyer L {fig. i550) placée très près du prisme P, et dispose au foyer, un écran blanc sur lequel chaque couleur produit un foetus très brillant et très étroit. Il vaut mieux encore employer une lentille cylindrique parallèle aux arêtes du prisme , et qui donne pour chaque couleur, une bande focale mince et bien séparée des autres. — M. L. Foucault a perfectionné cetle méthode , principalement par l'addition entre le prisme et la lentille , d'un diaphragme qui arrête les rayons qui, passant trop près des bords de celle-ci, tendent à iriser chaque trait coloré. On voit aussi que le spectre est d'autant plus étalé que la lentille est placée plus près du prisme , qui alors est plus éloigné du spectre ; l'écran devant être aune distance déterminée de la lentille. Newton ayant obtenu un spectre bien pur, marqua et fit marquer par divers observateurs les points où paraissaient se faire les séparations des sept couleurs

RAIES DU SPECTRE. • i9l

entre elles; il trouva que les distances de ces points à un point situé au-delà de l'extrémité rouge et à une distance de celte extrémité égale à la longueur / du spectre, étaient entre elles comme les longueurs que devrait avoir une corde donnant le son ut avec la longueur 2/, pour rendre les sons de la gamme mineure ré, fni\^, fa, sol, la, si, ut^. Mais ce résultat n'était qu'accidentel et particulier au prisme dont se servait Newton, puisque l'espace relatif occupé par les différentes couleurs dépend de la substance du pnsme (%024).

S088. Haaière fl*i«oler va piaeeav enloré. — Quand on veut un pinceau bien pur séparé des autres rayons colorés, on fait passer ce pinceau à travers l'ouverture d'un écran e(/?^. 1414) ; on le reçoit sur un second prisme P', et l'on fait passer l'image déviée a qui est un peu étalée pour peu que le pinceau ne soit pas homogène, à travers une ouverture a, qui ne laisse passer que des rayons purs, si l'on a soin d'éviter toute lumière étrangère. C'est sur un pinceau ainsi épuré qu'il faut opérer quand on veut constater que les rayons colorés du spectre sont simples.

n. Des ralM du speelre.

!M84. IAIB8 M0I1B8 DO 8PBGTDB SOLAIBB* — La lumière parut à Newton répartie dans toute Fétendue du spectre solaire, de manière qu'il y eût des rayons de tous les degrés de réfrangibilité entre le rouge et le violet extrêmes. Wollaston, en 1802, ayant regardé à travers un bon prisme en flint-glass, une fente très étroite éclairée par le soleil, aperçut dans le spectre formé par le trait lumineux, plusieurs raies noires très fines parallèles aux arêtes du prisme ^ Quinze ans après, Fraunhofer, qui ne connaissait pas les observations de Wollaston, ayant voulu comparer les indices de réfraction des divers rayons colorés, chercha dans le spectre des repères qui pussent lui servir à viser toujours au même point, il remarqua d'abord un trait jaune très brillant, dans le spectre .formé par la lumière d'une lampe ; mais ce repère étant unique, il chercha s'il n'en existerait pas d'autres dans le spectre solaire. Il fit ses essais avec un prisme en flint bien pur, fixé à l'appareil (fig, 1525), et il vit le spectre strié transversalement, d'une multitude de raies très fines, sombres-ou tout à fait noires ; il put en compter 500 à 600, et ce nombre était d'autant plus grand que la lunette grossissait davantage. Ces raies sont réparties irrégulièrement dans toute l'étendue du spectre, et ne tombent pas généralement aux limites, d'ailleurs très indécises, des couleurs principales. Pour se reconnaître au milieu de cette confusion, Fraunhofer remarqua 8 raies principales, faciles à distinguer par leur position et leur intensité ; il les désigna par les premières lettres de l'alphabet, en commençant par l'extrémité rouge du spectre. La figure 1551 représente les 8 raies principales de Fraunhofer, avec

> Bibliothèque britannique (Sciences et Arts), 1. XXYI, p. S39.

une multitude d^autres ; les unes forment des groupes serrés, les autres sont plus ou moins espacées et dislrib.uées très inégalement dans les différentes couleurs. Parmi ces raies, il en est encore deux à remarquer: l'une dans le rouge a, formée de 8 lignes fines, Tautre située a en 6 dans le vert , prés de E, et formée de trois lignes fines dont les deux plus fortes sont séparées par un espace brillant.

Quand la fente lumineuse est remplacée par un petit trou circulaire, les raies conservent leur forme rectiligne parallèle %\ fe^r^ aux arêtes du prisme ; d'où Ton conclut qu'elles appartiennent bien à la lumière môme , et qu'elles ne sont pas dues à un de ces effets que nous étudierons plus tard sous le nom de diffraction.

Les raies du spectre solaire montrent qu*tl n'y a pas de rayons de tous les degrés de réfrangibilité entre le rouge et ^ le violet ; il y a une multitude de petites lacunes. L'aspect , l'ordre et les rapports de dislance des raies restent les mêmes pour une même source de lumière et pour un prisme de même ^ubstance, quel que soit son angle. Si la substance du prisme change, les distances relatives des raies sont seules modifiées, comme les espaces occupés par les diverses couleurs.

«085. Manière d^ubservcr les raies. — Il faut d'abord se servir d'un pri<me bien homogène , exempt de stries , et présentant un angle assez grand pour que le spectre soit bien pur et bien éLilé. On emploie ordinairement un prisme en flint-glass, ou en cristal de roche. On fait tomber sur ce prisme les rayons solaires, ou la lumière du ciel entrant dans la chambre noire par une fente étroite , ou partant du foyer d'une lentille cylindrique, et l'on reçoit le faisceau dispersé, dans une lunette grossissante bien achromatique. On dispose cette lunette, en enfonçant plus ou moins l'oculaire, de manière à voir nettement le trait lumineux , que Ton vise ensuite à travers le prisme ; les raies sont grossies, et l'on en distingue d'autant plus que la lunette est plus forte. Si la lunette n'est pas parfaitement achromatique , il faut la raccourcir un peu plus pour voir les raies qui sont dans le violet que pour apercevoir celles qui se trouvent dans le rouge. La position du prisme la plus favorable est celle qui donne le minimum de déviation. Si l'on augmente l'angle d'incidence, les raies disparaissent, et, pour les retrouver , il suffit de raccourcir un Fie 1551 P^" '^ lunette ; si l'on diminue cet angle, les raies disparaissent encore, et pour les retrouver, on doit allonger légèrement la lunette. Le trait lumineux ne doit avoir que \ à 2""» d'épaisseur pour qu'on puisse voir les plus fortes raies , et que \ de millimètre, pour les plus fines.