Sir Isaac Newton a permis à la lumière blanche du soleil d'entrer dans une pièce sombre par une petite ouverture dans une fenêtre et place un prisme de verre sur le chemin des rayons lumineux. La lumière sortant du prisme était reçue sur un écran blanc. Il a observé que sur l'écran une tache colorée comme un arc-en-ciel se formait. Ce patch a été appelé un spectre. En partant du côté de la base du prisme, les couleurs du spectre à l'écran sont dans l'ordre suivant :
violet, indigo, bleu, vert, jaune, orange et rouge.
Le spectre est la bande colorée obtenue sur un écran lorsque la lumière blanche traverse un prisme. Pour cette expérience, Newton a conclu que la lumière blanche est un mélange de sept couleurs. Le prisme ne produit pas les couleurs mais sépare simplement les couleurs qui existent déjà dans la lumière blanche. Ainsi, lorsque la lumière blanche passe à travers un prisme, elle se divise en différentes couleurs. La division de la lumière blanche en différentes couleurs est appelée dispersion de la lumière.
1. La dispersion de la lumière se produit uniquement sur la première surface du prisme. 2. La réfraction des rayons lumineux se produit sur les deux surfaces du prisme. 3. Le prisme ne produit pas de couleurs, il ne fait que diviser les différentes couleurs présentes dans la lumière incidente sur lui. 4. Dans le spectre, chaque couleur est mélangée à l'autre couleur, c'est-à-dire qu'il n'y a pas de ligne de démarcation nette séparant les couleurs. Dans le diagramme, les couleurs sont largement séparées juste pour plus de clarté. La répartition totale des couleurs est bien inférieure à celle indiquée dans le diagramme. Différentes couleurs ont des largeurs différentes sur l'écran. 5. Dans le spectre de la lumière blanche, la couleur rouge a la longueur d'onde la plus longue de 8000 Å (ou 8 × 10 -7 m) ou la fréquence la plus basse de 3,74 × 10 14 Hz, et la couleur violette a la longueur d'onde la plus courte de 4000 Å ( ou 4 X 10 -7 m ) ou fréquence maximale 7,5 X 10 14 Hz. De l'extrémité violette à l'extrémité rouge du spectre, la longueur d'onde augmente tandis que la fréquence diminue. |
La lumière blanche du soleil est composée de sept couleurs proéminentes, à savoir le violet, l'indigo, le bleu, le vert, le jaune, l'orange et le rouge. La vitesse de la lumière de toutes les couleurs dans l'air ou le vide est la même mais elle diffère dans un milieu transparent comme le verre ou l'eau. La vitesse de la lumière violette est minimale et celle de la lumière rouge est maximale. Par conséquent , l'indice de réfraction du milieu transparent est différent pour différentes couleurs.
Puisque µ = (vitesse de la lumière dans l'air) ∕ (vitesse de la lumière dans le milieu)
Ainsi, l'indice de réfraction d'un milieu est maximum pour la lumière violette et minimum pour la lumière rouge. Par conséquent, lorsque la lumière blanche pénètre dans un prisme, elle se divise en ses couleurs constitutives avec réfraction sur la première surface du prisme. Lorsque ces rayons frappent la seconde surface du prisme, ils se réfractent davantage et ces couleurs s'éloignent davantage les unes des autres.
Lorsque la lumière du soleil pénètre dans l'atmosphère terrestre, elle est diffusée (c'est-à-dire que la lumière se propage dans toutes les directions) par les particules de poussière et les molécules d'air présentes dans l'atmosphère terrestre. La diffusion de la lumière a été étudiée pour la première fois par le scientifique Rayleigh.
La diffusion est le processus d'absorption puis de réémission de l'énergie lumineuse par les particules de poussière et les molécules d'air présentes dans l'atmosphère.
Les molécules d'air de taille inférieure à la longueur d'onde de la lumière incidente absorbent l'énergie de la lumière incidente puis la réémettent sans modification de sa longueur d'onde. La diffusion de la lumière n'est pas la même pour toutes les longueurs d'onde de la lumière incidente. L'intensité de la lumière diffusée est inversement proportionnelle à la quatrième puissance de la longueur d'onde de la lumière \(I \propto 1/_{\lambda^4}\) .
Comme la longueur d'onde de la lumière violette est la plus faible et la lumière rouge la plus importante, la lumière violette est la plus diffusée et la lumière rouge est la moins diffusée ( la lumière violette est diffusée près de 16 fois plus que la lumière rouge) . Cela signifie que la lumière du soleil lorsqu'elle atteint la surface de la terre a moins d'intensité de la lumière de l'extrémité violette et plus d'intensité de la lumière de l'extrémité rouge. La molécule d'air de taille supérieure à la longueur d'onde de la lumière incidente diffuse la lumière de toutes les longueurs d'onde de la lumière blanche dans la même mesure.
La lumière du soleil doit parcourir une longue distance depuis l'atmosphère terrestre avant d'atteindre la surface terrestre. Lorsque la lumière traverse l'atmosphère, elle est diffusée dans différentes directions par les molécules d'air. La lumière bleue ou violette en raison de sa longueur d'onde plus courte est plus diffusée que les autres couleurs de lumière. La lumière qui atteint notre œil directement du soleil est riche en couleur rouge tandis que la lumière qui atteint notre œil de toutes les autres directions est principalement de la lumière bleue. Par conséquent, le ciel dans une direction autre que la direction du soleil est considéré comme bleu.
La formation d'un arc-en-ciel est un exemple naturel de la dispersion de la lumière blanche. Suite à une averse de pluie, un grand nombre de gouttelettes d'eau restent en suspension dans l'air. Chaque goutte agit comme un prisme. Lorsque la lumière du soleil tombe sur ces gouttelettes, elle se divise en sept couleurs. La lumière dispersée par un grand nombre de gouttelettes forme un arc-en-ciel
Utilisation du feu rouge pour signal de danger
Comme la longueur d'onde de la lumière rouge est la plus longue, la lumière est donc la moins diffusée par les molécules d'air de l'atmosphère. Par conséquent, la lumière de couleur rouge, comparée à la lumière des autres couleurs, peut pénétrer à une plus grande distance sans s'affaiblir. Par conséquent, la lumière rouge est utilisée pour les signaux de danger afin que le signal puisse être visible à grande distance, même dans le brouillard, etc.
Prenez un disque circulaire en carton et divisez-le en sept secteurs. Peignez ensuite les secteurs avec les sept couleurs, violet, indigo, bleu, vert, jaune, orange et rouge.
Faites tourner le disque rapidement, vous remarquerez que le disque apparaît blanc !
Cela montre que le violet, l'indigo, le bleu, le vert, le jaune, l'orange et le rouge sont les sept couleurs constitutives de la lumière blanche et, lorsqu'elles sont combinées, produisent l'effet blanc.
