Simulateur de dispersion de la lumière par un prisme

Pourquoi un prisme décompose-t-il la lumière blanche en un arc-en-ciel ?

La lumière blanche est un mélange de toutes les couleurs. Lorsqu’elle pénètre dans le verre, elle ralentit et dévie. L’ampleur de cette déviation dépend de la couleur : la lumière violette ralentit davantage que la lumière rouge, et dévie donc plus. C’est ce qu’on appelle la dispersion. Un prisme dévie la lumière deux fois, une fois à l’entrée et une fois à la sortie. Chaque couleur ressort donc sous un angle différent, et le faisceau s’étale pour former un spectre. Isaac Newton a décomposé la lumière du soleil de cette manière dans les années 1660, et les gouttes de pluie font la même chose lorsqu’elles forment un arc-en-ciel.

Description de l’outil

Le simulateur de dispersion de la lumière dans un prisme suit le trajet d’un faisceau de lumière blanche à travers un prisme, en considérant une longueur d’onde tous les 2 nm, du violet (400 nm) au rouge (700 nm). Choisissez le matériau du prisme, puis déplacez les curseurs pour modifier l’angle au sommet, c’est-à-dire l’angle situé au sommet du prisme, et l’angle d’incidence, c’est-à-dire l’angle entre le faisceau et la ligne pointillée perpendiculaire à la face du prisme. Le faisceau reste blanc tant que ses couleurs se chevauchent, puis se transforme en arc-en-ciel à mesure qu’elles s’écartent.

Sous le schéma, vous trouverez l’indice de réfraction et l’angle de déviation de la lumière rouge et violette, ainsi que l’étalement du spectre, c’est-à-dire l’angle qui les sépare. Les indices de réfraction sont calculés à partir de formules de dispersion publiées : données du catalogue SCHOTT pour le verre crown, le verre flint et le verre flint dense, et ajustements de mesures publiées pour l’eau, la silice fondue, l’acrylique et le diamant.

Lorsque la lumière atteint l’autre face du prisme sous un angle trop prononcé, elle ne peut pas en sortir et est réfléchie vers l’intérieur. C’est la réflexion totale interne. Le schéma indique où va la lumière, et l’outil vous précise quel angle modifier pour la laisser sortir.

Fonctionnalités

• Traçage des rayons selon la loi de Snell-Descartes, avec réflexion totale interne à chaque face
• Sept matériaux de prisme, de l’eau au diamant
• Indice de réfraction, déviation et étalement du spectre pour la lumière rouge et violette

Étalement des couleurs par un prisme à 60°

À l’angle de déviation minimale, lorsque le faisceau traverse le prisme parallèlement à sa base :

Le verre flint disperse beaucoup plus les couleurs que le verre crown, ce qui explique pourquoi les spectroscopes utilisent des prismes en verre flint. Le diamant dévie tellement la lumière qu’aucune lumière ne sort d’un prisme en diamant à 60°. Essayez un angle au sommet de 40° avec un angle d’incidence supérieur à 45°.