Optique

Prisme d'eau (arc-en-ciel)

L'eau (n≈1,33) disperse bien moins que le verre — la douce étalement qui peint un arc-en-ciel.

Prisme d'eau (arc-en-ciel) — simulation interactive de Optique. L'eau (n≈1,33) disperse bien moins que le verre — la douce étalement qui peint un arc-en-ciel. Laboratoire virtuel de physique gratuit dans le navigateur, avec mesures SI en direct et tutoriel guidé.

Dispersion dans l'eau

L'eau (n≈1.33) disperse beaucoup moins que le verre — la douce séparation qui peint un arc-en-ciel.

L'indice modeste de l'eau (≈1.33) et sa faible dispersion produisent un spectre doux — la physique derrière les arcs-en-ciel naturels, où de minuscules gouttelettes d'eau agissent comme des prismes. Moins d'étalement que le verre, mais suffisant pour séparer visiblement les couleurs.

n ≈ 1.33
Propagation douce de l'arc-en-ciel

Mémoire d'enquête

Planifiez la question avant d'ouvrir le laboratoire

Le brief reprend la page pré-rendue  : question directrice, prédictions concurrentes, rôles des variables, lois directrices, préparation et consignes d’analyse et de prolongement restent visibles et dans cet ordre.

Question de conduite

L'eau a un indice de réfraction (n ≈ 1.33) inférieur à celui du verre. Un prisme rempli d'eau dévie-t-il moins la lumière qu'un prisme en verre équivalent ?

Des pronostics à peser

Oui, l'indice plus faible de l'eau signifie moins de courbure sur chaque face, donc moins de déviation totale qu'un prisme en verre du même angle au sommet.
Un prisme d'eau dévie la lumière plus que le verre.
L'écart est le même quel que soit l'indice du support.

Rôles variables

Ce que vous définissez  :

Angle d'incidence θ₁ (°)

Ce que vous mesurez  :

Écart total δ (°)

Comment se déroule l'enquête

Ouvrez le préréglage du prisme d'eau et appuyez sur Réinitialiser. Ce prisme rempli d'eau a un angle au sommet A = 60°, indice n = 1.33.
Activez la lecture de l’écart total.
Réglez l’angle d’incidence pour chaque essai et enregistrez l’écart total.

Équation gouvernante

Les médias à indice inférieur s'écartent moins — δ = θ₁ + θ₄ − A

L'indice de réfraction de l'eau (1.33) est inférieur à celui du verre typique (1.5 – 1.66), donc un prisme d'eau plie moins fortement la lumière sur chaque face - déviation totale plus petite δ = θ₁ + θ₄ − A pour le même angle au sommet et la même incidence.

Ce que la feuille de travail imprimable demande aux élèves de résoudre

Pour un essai, calculez θ₂ = asin(sin θ₁/n), θ₃ = A − θ₂, θ₄ = asin(n·sin θ₃), puis δ = θ₁ + θ₄ − A, en utilisant n = 1.33. Comparez avec le tableau.
Comparez vos valeurs d'écart à celles de l'expérience prisme de lumière blanche (même angle au sommet, indice plus élevé). Expliquez pourquoi l'indice inférieur de l'eau produit une déviation plus petite à chaque angle d'incidence correspondant.

Où cela apparaît au-delà du laboratoire

Un arc-en-ciel est essentiellement constitué de millions de minuscules « prismes » de gouttelettes d’eau sphériques réfractant et réfléchissant intérieurement la lumière du soleil. Expliquez pourquoi la dispersion relativement modeste de l'eau (par rapport au verre) produit toujours un spectre visible, bien qu'un peu moins vif, dans un arc-en-ciel.
Au cours de cette expérience, le prisme de silex (n≈1.66), le prisme de lumière blanche/verre couronne (n=1.5) et le prisme d'eau (n=1.33) forment une tendance claire  : les supports optiques plus denses dispersent et dévient davantage la lumière. Expliquez pourquoi cette tendance suit la même physique que la tendance de l'angle critique de l'expérience Tir.

AP Physics 2 — Unit 13: Geometric Optics
General High School Physics — Light & optics
NGSS High School Physics — Wave properties

Bienvenue dans le prisme de eau
Sélectionnez le prisme
Appuyez sur Lecture
Dispersion douce dans l'eau
Ouvrez l'Inspecteur
Bravo !

Ouvrez la simulation interactive pour construire la scène, appuyez sur Lecture et explorez avec des mesures en direct et un tutoriel guidé.

Ouvrir le laboratoire interactif →

Télécharger la fiche de laboratoire →

Loi de Snell-Descartes pour la réfraction