PHÉNOMÈNES DES PILES DE GLACES

Irès-zaigus. Ces phénomènes me semblent très-propres à prouver qu'il existe dans tous les cristaux des lames matérielles qui sont séparées les unes des autres par des intervalles, soit vides, soit remplis d'air ou de tout autre Huide, mais assez considérables pour que les phénomènes te la réflexion partielle doivent s'y manifester.

Supposons qu'on ait un rayon polarisé par réflexion et par rapport au plan du méridien ; nommons plan d'incidence l'angle que forme sa direction avec celle qu'il suit lorsqu'il a été réfléchi. On sait, par les belles expériences de Malus, que si l'on présente un plan de verre à ce rayon polarisé , de manière que leur inclinaison mutuelle soit de 35" environ , le miroir ne réfléchit pas une seule molécule de lumière lorsque le plan d'incidence est perpendiculaire au plan du méridien, c'est-à-dire au plan primitif de polarisation. Si le plan d'incidence est parallèle au plan du méridien, la lumière que réfléchit le miroir et celle qu'il transmet sont l'une et l'autre polarisées par rapport au plan du méridien, tandis que, lorsque le plan d'incidence a une position intermédiaire entre les deux que nous venons de citer, le miroir réfléchit toujours de la lumière polarisée par rapport au plan d'iricidence et transmet en même temps des rayons dont les uns sont polarisés par rapport au plan du méridien et les autres, en moins grand nombre, par rapport au plan d'incidence. Il résulte de là que si l'on reçoit le faisceau de lumière transmise sur un rhomboïde dont la section principale soit parallèle au plan du méridien, on obtiendra deux faisceaux ; dont l'un, l'ordinaire, se composera de la totalité de la lumière transmise qui est polarisée

par rapport au plan du méridien, à laquelle s'ajoutera une partie plus ou moins considérable de la lumière polarisée par rapport au plan d'incidence ; quant à la portion restante de cette dernière lumière , elle formera , comme il est évident, le faisceau extraordinaire, qui sera, par conséquent, beaucoup plus faible que l'autre.

Si le faisceau transmis à travers le premier miroir rencontre un second miroir semblablement placé, il s'y, opérera une nouvelle décomposition de la lumière pola-; risée par rapport au plan du méridien ; une portion de| cette lumière conservera sa première polarisation, tandis j qu'une autre portion, également transmise, se polariserai par rapport au plan d'incidence. 11 résulte de là que l'effetj d'un second miroir sera d'augmenter l'intensité du fais-l ceau extraordinaire que fournit le rhomboïde dont la| section principale est parallèle au plan du méridien et de diminuer celle du faisceau ordinaire. Si l'on augmente, .par conséquent, d'une manière convenable, le nombre de glaces superposées, on arrivera bientôt à un terme où la portion de lumière polarisée par rapport au plan d'incidence étant considérable, elle donnera un rayon extraordinaire fort sensible dans son passage à travers un! rhomboïde dont la section principale serait parallèle au ' plan du méridien. Au reste, la portion de lumière qui se pola ise dans sa transmission par rapport au plan d'incidence est liée à celle qui se réfléchit à la première surface du miroir, en sorte que pour donner une intensité déterminée au faisceau transmis, polarisé par rapport au plan d'incidence, il est nécessaire de superposer un nombre de plaques d'autant plus considérable, qu'il se réfléchit

moins de lumière sur la surface supérieure de chacune d^eiles.

RAPPORT FAIT A l'ACADÉMIE DES SCIENCES AU NOM DE LA COM- MISSION QUI AVAIT ÉTÉ . CHARGÉE O'EXAMINER LES MÉMOIRES ENVOYÉS AU CONCOURS POUR LE PRIX DE LA DIFFRACTION *

L'Académie avait proposé au concours, pour le prix de physique qu'elle doit décerner dans la séance publique du mois de mars 1819, l'examen général des phénomènes de la diffraction de la lumière. Deux Mémoires seulement lui ont été adressés. Celui qui est inscrit sous le n" 2 ayant plus particulièrement fixé l'attention de vos commissaires, tant par l'exactitude des observations qu'il renferme que par la nouveauté des résultats, nous avons cru devoir en présenter une analyse détaillée.

Les physiciens qui , depuis Grimaldi , se sont occupés des phénomènes de la diffraction, recevaient la lumière infléchie sur un écran blanc plus ou moins éloigné du corps opaque ou sur un verre dépoli. Ces deux méthodes ont Tune et l'autre le défaut d'affaiblir considérablement l'éclat des couleurs et de ne point se prêter à l'étude de la formation des bandes près de leur origine. Dans un Mémoire présenté à l'Académie en 1815, et qui depuis a été inséré dans les Annales de chimie et de physique , 1. 1, M. Fresnel avait annoncé que, sans le secours d'un

1. Nous donnons ici ce rapport tel qu*il a été lu à TAcadémie, dans sa séance du lundi 45 mars 1819. Les détails que M. Arago a trouvé nécessaire d'y joindre en le publiant, sont placés à la suite sous les numéros XVI, XVU, XVIU, XIX et XX.

écran, on peut, à toute distance, apercevoir les bandes avec une simple loupe, comme on aperçoit avec l'oculaire d'une lunette astronomique la peinture aérienne qui vient se former au foyer de l'objectif. En partant de celte remarque, l'auteur du Mémoire n° 2 a construit un instrument qui permet de suivre les bandes diffractées dans la lumière la plus affaiblie et de déterminer leurs largeurs à un ou deux centièmes de millimètre près : il lui a suffi pour cela d'adapter la loupe à une vis micrométrique qui la fait marcher graduellement dans un sens ou dans l'autre, et perpendiculairement à la direction des bandes; un fil délié, passant par le foyer de la loupe et qui se déplace avec elle, est le repère qu'on dirige, dans chaque expérience, sur le milieu de la partie la plus brillante ou la plus obscure de chaque frange ; enfin, à l'aide d'un cadran divisé en cent parties que parcourt une aiguille fixée à la vis, on évalue les centièmes de millimètre.

Tel est l'instrument dont l'auteur^ du Mémoire n" 2 s'est servi. Ses principales expériences ont été faites dans la lumière rouge, sensiblement homogène, que transmet une espèce particulière de verre coloré qui ne se rencontre plus que dans quelques anciens vitraux d'église; on avait ainsi la certitude d'opérer chaque jour sur des rayons de même nature et d'obtenir des résultats parfaitement comparables.

1. Lorsque, après le jugement de la commission, le président de FAcadémie a ouvert le bitlet cacheté qui accompagnait le Mémoire, on a appris que cet auteur était M. Fresnel, ingénieur des ponts et chaussées.

L'auteur s'occupe d'abord des franges successivement obscures et brillantes qui bordent extérieurement l'ombre d'un corps opaque : en les suivant jusqu'à leur origine à l'aide d'une lentille de court foyer, il aperçoit la troisième frange à une distance du bord du corps moindre que -^ de millimètre ; il détruit par cela seul une erreur accréditée, et prouve que , pour tous les calculs relatifs i la déviation des rayons, dans le système de l'émission, il sera permis de supposer que ces rayons partent des bords mêmes des corps.

En choisissant d'abord , dans l'ensemble des observations, celles qui correspondent à une même distance du micromètre au corps opaque, on trouve qu'une simple variation dans l'éloignement du point éclairant en amène de très- sensibles dans les déviations angulaires des rayons, ou, en d'autres termes, dans les angles que tes rayons directs et les rayons infléchis forment entre eux. Ainsi, le point de départ du faisceau lumineux étant, par exemple, à 100 millimètres du corps, l'angle de diffraction pour les rayons rouges de la première frange, déterminé par des mesures prises à un mètre de distance , est de 12' 6", tandis qu'on ne trouve que 3' 55'^ à cette même distance d'un mètre lorsqu'il y a 6 mètres entre le point lumineux et le bord du corps. On voit , en un mot , et ce résultat est très-remarquable, que chaque rayon parait d'autant moins dévié qu'il vient de plus loin *.

1. Voici quelques autres mesures que j'extrais du Mémoire, et qui feront également apercevoir combien l'intervalle compris entre le point éclairant et le corps opaque a d'influence sur la dévialioD qu'éprouve le rayon lumineux. On remarquera que la distance

Si l'on passe ensuite aux mesures prises à diverses distances du corps, celle du foyer lumineux restant toujours la même, on trouvera pour l'angle de diffraction de chaque frange en particulier des valeurs différentes, suivant qu'on l'observera plus ou moins loin du corps. De là résulte la conséquence singulière que les positions successives d'une même frange ne sont pas en ligne droite * : il est du reste facile de s'assurer que les courbes qui joignent ces positions, pour les franges de tous les ordres, sont des hyperboles ayant pour communs foyers le point rayonnant et le bord du corps opaque. Dans quelques-unes des expériences rapportées par l'auteur du Mémoire, la flèche de courbure était de près d'un millimètre, c'est-à-dire cinquante ou soixante fois plus grande

de ce corps au micromètre a été à très-peu près la même dans chaque expérience, et égale à i mètre environ.

Distance

du point lumineux

an corps opaque.

Distance du corps opaqne au micromîètre.

Interralle

compris entre le bord

de Tombre géométrique et

centre de la quatrième

bande obscure.

S-ai.SÛ

Pour expliquer ce résultat dans les idées presque généralement adoptées jusqu'ici sur les phénomènes de la diffraction, il faudrait admettre que Tactiou répulsive exercée par le corps opaque sur la lumière ne dépend pas seulement de la distance à laquelle passe la molécule lumineuse ; mais encore que cette action s'affaiblit trèsyite à mesure que le corps s'éloigne du foyer rayonnant; ce qui serait, il faut en convenir, une supposition bien étrange.

1. Le corps opaque restant toujours à 3". 018 du point lumineux, Fauteur du Mémoire mesura Tintervalle compris entre le bord de

que les erreurs dant les observations sont susceptibles.

Divers physiciens avaient déjà annoncé que les phénomènes de la diffraction ne dépendent point de la nature du corps que les rayons lumineux viennent raser. En confirmant ce résultat par des mesures dans lesquelles on ne remarque pas des différences d'un centième de millimètre, l'auteur du Mémoire y a ajouté cette circonstance non moins curieuse, que la forme du corps n'a également aucune influence; en sorte, par exemple, que les bandes diffractées ont précisément le même éclat et la même position , soit qu'elles aient été formées sur le dos d'un rasoir ou sur son tranchant ^.

Nous n'avons parlé jusqu'ici que des franges extérieures; mais la lumière pénètre aussi dans l'ombre géométrique, l'éclairé et y forme une série de bandes obscures et brillantes. Le D' Thomas Young, un des

son ombre géométrique et le point le plus sombre de la troisième bande obscure, d'abord à 0".0017 de distance du corps ; ensuite à i".003, et enfin à 3". 995. Ces intervalles se trouvèrent, dans le premier cas, de 0"Ui.08; dans le second de S^^^^SO, et enfin de 5"»"ï.83. Si l'on joint maintenant par une ligne droite, la première et la troisième position de la bande, on verra aisément qu'à i".003 du corps opaque, la ligne droite en question est distante de l'ombre géométrique de l°*u>.52, tandis que l'observation nous a appris qae la troisième bande en était éloignée de 6"^.68 de plus ou de 2"»^.20. Le point qui, àl'.OOd du corps se trouvait sur la droite était intermédiaire entre les bandes obscures du premier et du second ordre. Voyez du reste, à la fin de ce rapport, le paragraphe XVI, où j'ai transcrit d'autres observations de M. Fresnel qui prouvent de même, à l'égard des bandes de divers ordres, que leurs positions successives, pour un éloignement donné du point lamineux, forment une ligne courbe dont la concavité est tournée vers le corps opaque.