Verre à silex : un prisme à indice plus élevé
1 · Prédire
Le verre silex dense a un indice de réfraction plus élevé (n ≈ 1.66) que le verre couronne ordinaire (n ≈ 1.5). Un prisme à indice plus élevé dévie-t-il la lumière plus ou moins qu'un prisme à indice inférieur, au même angle d'incidence et au même sommet ?
- Moins d’écart pour un indice plus élevé.
- Plus : un indice plus élevé courbe la lumière plus fortement sur chaque face, produisant une plus grande déviation totale.
- L'écart n'est pas affecté par l'indice.
2 · Configurer
- Ouvrez le préréglage silex-prisme et appuyez sur Réinitialiser. Ce prisme en verre silex a un angle au sommet A = 60°, un indice n = 1.66.
- Activez la lecture de l’écart total.
- Réglez l’angle d’incidence pour chaque essai et enregistrez l’écart total.
3 · Collecter les Données
| Angle d'incidence θ₁ (°) | Écart total δ (°) |
|---|---|
| 42.00 | |
| 52.00 | |
| 62.00 |
Tracez l'écart δ (axe y) par rapport à l'angle d'incidence θ₁ (axe x) pour vos trois essais. Comparez l’échelle globale aux valeurs du verre couronne de l’expérience lumière blanche-prisme.
4 · Analyser
- 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 = 1.66. Comparez avec le tableau.
- Comparez ici vos valeurs d’écart à celles de l’expérience prisme de lumière blanche (même angle au sommet, indice inférieur). Expliquez pourquoi l'indice plus élevé du verre silex produit une déviation constamment plus grande aux mêmes angles d'incidence.
5 · Approfondir
- Les concepteurs d'objectifs d'appareil photo combinent des éléments en verre couronne et en verre silex (un « doublet achromatique ») pour annuler l'aberration chromatique, car les deux types de verre dispersent les couleurs différemment. Expliquez pourquoi l'utilisation d'un seul type de verre, quelle que soit sa forme précise, ne peut pas à elle seule éliminer les franges de couleur.
- Le verre silex diffuse une gamme de couleurs plus large que le verre couronne pour le même angle au sommet (plus de dispersion, pas seulement plus de déviation). Expliquez pourquoi les verres à indice plus élevé comme le silex ont tendance à disperser la lumière plus fortement sur le spectre visible.
La physique derrière cette expérience
Échelles de déviation avec index
À n'importe quel angle d'incidence et angle au sommet fixes, un prisme à indice plus élevé produit une plus grande déviation - les deux réfractions de la loi de Snell (entrant et sortant) plient le rayon plus fortement pour un n plus grand.