Un prisme d'eau : une dispersion plus douce que le verre
1 · Prédire
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 ?
- 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.
2 · Configurer
- 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.
3 · Collecter les Données
| Angle d'incidence θ₁ (°) | Écart total δ (°) |
|---|---|
| 35.00 | |
| 45.00 | |
| 55.00 |
Tracez l'écart δ (axe y) par rapport à l'angle d'incidence θ₁ (axe x) pour vos trois essais. Comparez l'échelle à celle de l'expérience avec prisme de lumière blanche (verre couronne).
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 = 1.33. 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.
5 · Approfondir
- 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.
La physique derrière cette expérience
Les médias à indice inférieur s'écartent moins
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.