Levez les yeux dans le ciel pluvieux! Que vois-tu? Eh bien, s'il vient de pleuvoir et que le soleil brille à nouveau, il y a de fortes chances que vous voyiez un arc-en-ciel. Toujours une belle vue n'est-ce pas? Mais pourquoi est-ce qu'après un orage, l'air semble capter la lumière de la bonne manière pour produire ce magnifique phénomène naturel? Tout comme les étoiles, les galaxies et le vol d'un bourdon, une physique compliquée sous-tend ce bel acte de la nature. Pour commencer, cet effet, où la lumière est brisée dans le spectre visible des couleurs, est connu comme la dispersion de la lumière. Un autre nom pour cela est l'effet prismatique, car l'effet est le même que si l'on regardait la lumière à travers un prisme.
Pour faire simple, la lumière est transmise sur plusieurs fréquences ou longueurs d'onde différentes. Ce que nous appelons «couleur», ce sont en réalité les longueurs d'onde visibles de la lumière, qui voyagent toutes à des vitesses différentes à travers différents médias. En d'autres termes, la lumière se déplace à une vitesse différente dans le vide de l'espace qu'elle ne le fait dans l'air, l'eau, le verre ou le cristal. Et quand il entre en contact avec un support différent, les différentes longueurs d'onde de couleur sont réfractées sous différents angles. Les fréquences qui se déplacent plus rapidement sont réfractées à un angle inférieur tandis que celles qui se déplacent plus lentement sont réfractées à un angle plus net. En d'autres termes, ils sont dispersés en fonction de leur fréquence et de leur longueur d'onde, ainsi que de l'indice de réfraction des matériaux (c'est-à-dire à quel point il réfracte la lumière).
L'effet global de cela - différentes fréquences de lumière étant réfractées à différents angles lors de leur passage à travers un milieu - est qu'elles apparaissent comme un spectre de couleurs à l'œil nu. Dans le cas de l'arc-en-ciel, cela se produit à la suite du passage de la lumière dans l'air saturé d'eau. La lumière du soleil est souvent appelée «lumière blanche» car elle est une combinaison de toutes les couleurs visibles. Cependant, lorsque la lumière frappe les molécules d'eau, qui ont un indice de réfraction plus fort que l'air, elle se disperse dans le spectre visible, créant ainsi l'illusion d'un arc coloré dans le ciel.
Considérons maintenant un volet de fenêtre et un prisme. Lorsque la lumière passe à travers du verre qui a des côtés parallèles, la lumière revient dans la même direction qu'elle est entrée dans le matériau. Mais si le matériau a la forme d'un prisme, les angles de chaque couleur seront exagérés et les couleurs seront affichées comme un spectre de lumière. Le rouge, car il a la plus longue longueur d'onde (700 nanomètres) apparaît en haut du spectre, étant le moins réfracté. Il est suivi peu de temps après par Orange, Jaune, Vert, Bleu, Indigo et Violet (ou ROY G. GIV, comme certains aiment à le dire). Ces couleurs, il faut le noter, n'apparaissent pas comme parfaitement distinctes, mais se fondent sur les bords. Ce n'est que par l'expérimentation et la mesure en cours que les scientifiques ont pu déterminer les couleurs distinctes et leurs fréquences / longueurs d'onde particulières.
Nous avons écrit de nombreux articles sur la dispersion de la lumière pour Space Magazine. Voici un article sur le télescope réfracteur, et voici un article sur la lumière visible.
Si vous souhaitez plus d'informations sur la dispersion de la lumière, consultez ces articles:
dispersion de la lumière par des prismes
Q & A: Dispersion de la lumière
Nous avons également enregistré un épisode d'Astronomy Cast consacré au télescope spatial Hubble. Écoutez ici, épisode 88: Le télescope spatial Hubble.
Sources:
http://en.wikipedia.org/wiki/Refractive_index
http://en.wikipedia.org/wiki/Dispersion_%28optics%29
http://www.physicsclassroom.com/class/refrn/u14l4a.cfm
http://www.phy.ntnu.edu.tw/ntnujava/index.php?topic=415.0
http://www.school-for-champions.com/science/light_dispersion.htm
