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PRQ.5. La décomposition de la lumière blanche


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PRQ.5.1. La combinaison de toutes les ondes lumineuses du spectre des lumières visibles, c’est perçu comme du blanc, on peut le prouver en décomposant la lumière blanche

Une décomposition des couleurs individuelles de la lumière blanche est possible dans certaines circonstances.

Cela arrive naturellement avec un arc‑en‑ciel.
Ça arrive également lorsque la lumière est réfléchie au travers d’un prisme.

En expérimentant avec un prisme, Isaac Newton a prouvé que la lumière blanche n’est pas homogène comme on l’avait cru jusqu’alors, mais qu’elle est composée de beaucoup d’ondes de longueurs différentes.

Les expériences de Newton ont démontré que la lumière blanche est constituée d’énergie de différentes longueurs d’onde.

1092/1715*
PRQ.5.2. La «réfraction» des différentes longueurs d’ondes qui composent la lumière blanche


Newton a remarqué que des lumières de différentes couleurs (= de différentes longueurs d’ondes) se réfractent différemment quand elles passent de l’air vers une matière qui a un indice de réfraction plus grand, comme un prisme de verre.

Par exemple la lumière bleue est plus réfractée que la lumière rouge. Les ondes plus courtes sont donc plus réfractées que les longues.

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Une définition de la «réfraction» : c’est la déviation de la lumière quand elle passe la frontière entre deux matériaux transparents qui ont des propriétés optiques différentes, comme l’air et le verre.



0311*/0314*
PRQ.5.3. Les aberrations chromatiques, les lentilles achromatiques

Newton a donc démontré que les ondes courtes sont plus déviées que les ondes longues.

Dans le cas des lentilles simples c’est un problème qu’on appelle aberration chromatique.

Le schéma montre que les ondes courtes (les bleus) sont plus déviées que les ondes longues (les rouges).


Pour résoudre le problème de l’aberration chromatique, il faut des lentilles qu’on appelle «achromatiques». Deux sortes de verre sont utilisées pour créer cette double‑lentille. La lumière blanche qui entre dans la lentille est focalisée au même endroit de l’autre côté de la lentille. Comme tous les rayons sont focalisés au même endroit, il n’y a pas d’aberration chromatique.





0317*/0937*
PRQ.5.4. L’expérience la plus connue de Newton

Schémas qui montrent l’expérience de Newton : la lumière blanche décomposée quand elle passe au travers d’un prisme.




1712*/1713
PRQ.5.5. Une autre expérience de Newton : isoler une partie du spectre

Durant une de ces expériences, Newton a utilisé une fente dans un carton afin de ne faire passer vers un second prisme qu’une partie de la lumière décomposée par un premier prisme… Il n’y a plus de décomposition supplémentaire : la couleur ne change pas.

Newton a donc isolé une partie du spectre et prouvé qu’il ne contient aucune des autres couleurs.



1710
PRQ.5.6. Une autre expérience de Newton : la recomposition de la lumière blanche

Newton a également réalisé l’expérience inverse. Il a pris la lumière décomposée par le premier prisme, et l’a fait passé dans un second prime orienté en sens contraire.

Cela a reconstitué la lumière blanche avec les différentes longueurs d’ondes qui la composent.



0414*/0416*
PRQ.5.7. Une explication à propos des arcs‑en‑ciel

Les schémas montrent comment les gouttelettes de pluie agissent comme des primes qui diffractent la lumière. Le résultat est un arc‑en‑ciel.

Le second schéma montre un observateur au sol et deux gouttelettes dans le ciel.

Évidemment en réalité il y a une quantité énorme de gouttelettes dans le ciel, et elles ne sont pas aussi grosses!


La lumière qui entre dans la gouttelette du haut est montrée avec des lignes pleines.

On remarque que ce sont les ondes longues, les rouges, qui arrivent dans l’œil de l’observateur.

La lumière qui entre dans la gouttelette du bas est montrée avec des lignes en pointillés.

On remarque que ce sont les ondes courtes, les bleus, qui arrivent dans l’œil de l’observateur.

Donc, de la lumière blanche qui passe dans une gouttelette, seule une longueur d’onde arrive dans l’œil de l’observateur.

Quand on observe un arc‑en‑ciel on remarque que le rouge est en haut de l’arc‑en‑ciel, et que le bleu est en bas de l’arc‑en‑ciel. Le jaune et le vert sont entre les deux.

Le ciel est rempli de gouttelettes, pourtant ce n’est pas pour cela qu’on voit un arc‑en‑ciel partout dans le ciel. Seules les gouttelettes qui ont une certaine position dans le ciel renvoient la lumière dans l’œil vers l’observateur. Les autres gouttelettes renvoient la lumière vers d’autres endroits où l’observateur ne se situe pas.
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