Questions aux experts
Energie, lumière, son
Pourquoi une vitre ne décompose-t-elle pas la lumière comme un prisme ?
Ma question porte sur la réfraction de la lumière blanche : j'ai bien noté ce qui se passe lorsque la lumière traverse un prisme : chaque composante monochromatique de la lumière blanche est réfractée suivant un angle variable qui dépend de sa longueur d'onde et de l'indice du milieu (le prisme en l'occurrence) ; d'où la formation d'un arc-en-ciel.
Maintenant, si on considère un rayon de lumière blanche qui frappe une vitre plane (ayant une certaine épaisseur et ses faces parallèles) suivant un angle différent de 90°, il devrait aussi y avoir, dans l'épaisseur de la vitre, une réfraction différente suivant les longueurs d'onde, donc une décomposition de la lumière dans le verre, donc la formation d'un arc-en-ciel... Sauf que dans les faits, on n'observe pas d'arc-en-ciel, ni dans l'épaisseur de la vitre, ni à sa sortie. Pourquoi n'a-t-on pas le même phénomène qu'avec le prisme ?
En fait, quelles conditions faut-il pour que l'œil puisse percevoir la lumière décomposée (type arc-en-ciel) ?
Faut-il par exemple que les rayons monochromatiques aient des directions différentes les unes des autres ?
Si
au contraire, ces rayons sortent parallèles, voit-on alors uniquement de la lumière blanche ?
Dans un prisme, les dispersions provoquées par les réfractions sur les deux faces du prisme s'ajoutent, et il faut pourtant regarder assez loin du prisme pour observer les couleurs de l'arc-en-ciel. La largeur d'une fente source fine, parallèle à l'arête du prisme, peut améliorer le dispositif.
Dans une lame à faces parallèles la deuxième réfraction annule la dispersion de la première. La dispersion n'agit donc que sur l'épaisseur de la vitre. Allez donc voir un arc en ciel à quelques millimètres à la sortie d'un prisme !
Pour plus de détails, voir la réponse de P. Chavel.
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L'œil voit les couleurs les unes à côté des autres s'il existe un plan de mise au point (éventuellement l'infini) où l'objet lumineux forme des images de différentes couleurs les unes à côté des autres.
Par exemple, dans un prisme, à la suite de deux réfractions sur des dioptres non parallèles, les rayons des différentes couleurs ressortent dans des directions différentes. L'œil observant à l'infini (c'est à dire, pour un œil "normal", n'accommodant pas) voit les couleurs les unes à côté des autres.
Mais il arrive aussi que l'on puisse former les couleurs les unes à côté des autres sur un écran, par exemple avec une lentille. Illustrons l'idée sur le cas que vous évoquez, la lame à faces parallèles.
Dans le cas d'une lame à faces parallèles, on a bien la même décomposition qu'avec un prisme sur la face d'entrée. Toutefois, les différentes couleurs ressortent parallèles après deux réfractions sur deux dioptres parallèles, la dispersion du second dioptre compensant celle du premier. Malgré cela, il existe un léger décalage entre les faisceaux (sauf sous incidence nulle comme vous le signalez), qu'une observation attentive, avec une lame épaisse, permet éventuellement d'observer : cela peut notamment occasionner une aberration chromatique. Elle est suffisamment faible pour être imperceptible sans instrument spécialement destiné à l'observer.
Pour l'observer tout de même, on peut par exemple penser à délimiter par des diaphragmes un fin pinceau de lumière blanche, à bords nets (on peut former une image d'un diaphragme pour avoir des bords nets), et lui faire traverser sous incidence forte une vitre épaisse : l'irisation des bords sera visible.