Il y a deux jours, la question du jour était « Pourquoi le ciel est-il bleu ? ». Pour une raison quelconque, cela a déclenché un flot de questions « Qu’est-ce qui cause un arc-en-ciel ? », alors parcourons la nature des arcs-en-ciel.
Vous savez que la lumière est constituée d’un ensemble de nombreuses couleurs : rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo, violet. C’est pourquoi un prisme peut recevoir de la lumière blanche sur une face et produire son propre mini-arc-en-ciel sur l’autre face. Pour comprendre les arcs-en-ciel, il faut commencer par comprendre ce qui se passe à l’intérieur d’un prisme pour lui permettre de séparer la lumière blanche en ses couleurs.
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Un prisme est un morceau triangulaire de verre ou de plastique. Pour qu’il produise un mini-arc-en-ciel, vous laissez une étroite bande de lumière blanche tomber sur une face du triangle, comme ceci :
(Voir cette page pour une applet java soignée qui démontre la dispersion d’un prisme.)
La dispersion des couleurs dans un prisme se produit à cause de quelque chose appelé l’indice de réfraction du verre. Chaque matériau a un indice de réfraction différent. Lorsque la lumière pénètre dans un matériau (par exemple, lorsque la lumière voyageant dans l’air pénètre dans le verre d’un prisme), la différence d’indice de réfraction de l’air et du verre provoque la courbure de la lumière. L’angle de courbure est différent pour les différentes longueurs d’onde de la lumière. Lorsque la lumière blanche se déplace à travers les deux faces du prisme, les différentes couleurs se courbent différemment et, ce faisant, s’étalent en un arc-en-ciel.
Dans un arc-en-ciel, les gouttes de pluie dans l’air agissent comme de minuscules prismes. La lumière entre dans la goutte de pluie, se reflète sur le côté de la goutte et sort. Au cours de ce processus, elle est brisée en un spectre, tout comme elle l’est dans un prisme de verre triangulaire, comme ceci :
L’angle entre le rayon de lumière entrant et le rayon sortant des gouttes est de 42 degrés pour le rouge et de 40 degrés pour le violet. Vous pouvez voir sur ce diagramme que ces angles font que différentes couleurs provenant de différentes gouttes atteignent votre œil, formant ainsi un anneau circulaire de couleur dans le ciel… un arc-en-ciel ! Dans un arc-en-ciel double, le deuxième arc est produit parce que les gouttes peuvent avoir deux réflexions internes et obtenir le même effet. Les gouttelettes doivent être de la bonne taille pour que deux réflexions fonctionnent.
La prochaine fois que vous apercevrez un arc-en-ciel, vous le verrez sous un tout nouveau jour. Pour plus d’informations, consultez la page Comment fonctionnent les arcs-en-ciel.
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