📘 CodingMarble Learn

Réfraction dans un prisme, dispersion de la lumière et arc-en-ciel

Un prisme de verre dévie la lumière deux fois, chaque fois vers sa base ; le virage total s'appelle l'angle de déviation. Chaque couleur de la lumière blanche est déviée un peu différemment (le violet le plus, le rouge le moins), donc le prisme étale la lumière blanche en un spectre, VIBGYOR (violet, indigo, bleu, vert, jaune, orange, rouge). Un second prisme retourné rassemble les couleurs en lumière blanche. Les gouttes de pluie jouent le rôle de petits prismes avec un miroir : c'est l'arc-en-ciel.

🎬 L'histoire pas à pas

  1. Voici un prisme de verre. Un rayon de lumière rouge entre par la face de gauche et se dévie vers la base. Il se dévie encore en sortant. Le virage total est l'angle de déviation.
  2. Envoyons maintenant de la lumière blanche. Elle ressort en un éventail de couleurs sur l'écran : violet, indigo, bleu, vert, jaune, orange, rouge. Cette séparation s'appelle la dispersion.
  3. Regarde bien pendant que l'angle change : le rouge est toujours le moins dévié et le violet le plus, car le verre ralentit plus le violet que le rouge.
  4. Place un second prisme à l'envers après le premier. Il dévie les couleurs dans l'autre sens et elles se rejoignent en lumière blanche. La lumière blanche est donc un mélange de couleurs.
  5. Une goutte de pluie fonctionne comme un prisme avec un miroir au fond. La lumière du Soleil se réfracte en entrant, se réfléchit à l'intérieur, se réfracte en sortant et se sépare en couleurs. Des millions de gouttes forment un arc-en-ciel, toujours à l'opposé du Soleil.
  6. À toi de jouer : change l'angle d'incidence et passe de la lumière blanche à la lumière rouge. Observe comment la déviation et l'étalement changent.

Astuce : fais glisser la scène 3D pour la tourner. Utilise deux doigts pour zoomer.

🤔 Les doutes courants, éclaircis

Pourquoi la lumière se dévie-t-elle vers la base et pas vers le sommet ?

À chaque face, la normale est inclinée de sorte que les déviations s'additionnent vers la partie la plus épaisse (la base). Regarde le rayon rouge tourner à chaque face.

Le prisme ajoute-t-il de la couleur à la lumière ?

Non. Un second prisme retourné rassemble les couleurs en lumière blanche, donc elles étaient dans la lumière blanche depuis le début.

Pourquoi le violet est-il plus dévié que le rouge ?

Le violet ralentit plus dans le verre, donc son indice de réfraction est plus grand et il est plus dévié. Regarde l'éventail s'élargir quand l'angle change.

Pourquoi faut-il des millions de gouttes pour un arc-en-ciel ?

Chaque goutte n'envoie qu'une seule couleur à ton œil pour un angle donné. Les gouttes à 42° envoient le rouge, celles à 40° le violet ; ensemble, elles dessinent tout l'arc.

Que se passe-t-il si j'envoie seulement de la lumière rouge dans le prisme ?

Elle est déviée mais pas séparée : une seule couleur ne peut pas être dispersée davantage. Choisis « Rouge seulement » en jeu libre.

Réfraction de la lumière dans un prisme de verre

Un prisme de verre triangulaire a deux faces inclinées (les surfaces réfringentes). L'angle entre elles est l'angle du prisme (A).

L'angle entre le rayon entrant (prolongé) et le rayon sortant est l'angle de déviation (D). Contrairement à une lame de verre, le rayon sortant d'un prisme n'est pas parallèle au rayon entrant, parce que les deux faces ne sont pas parallèles.

Mots à placer sur un schéma

Rayon incident, rayon réfracté, rayon émergent, angle d'incidence (i), angle de réfraction (r), angle d'émergence (e), angle de déviation (D).

Dispersion de la lumière blanche

Quand un fin faisceau de lumière blanche traverse un prisme, une bande de sept couleurs apparaît sur un écran. Cette bande est le spectre et la séparation s'appelle la dispersion.

Ordre de la base vers le haut : Violet, Indigo, Bleu, Green (vert), Yellow (jaune), Orange, Rouge (VIBGYOR).

Pourquoi les couleurs se séparent-elles ?

Dans le vide, toutes les couleurs vont à la même vitesse. Dans le verre, la lumière violette ralentit le plus et la rouge le moins, donc le verre a un indice de réfraction un peu plus grand pour le violet. Indice plus grand → déviation plus forte. Le violet est donc le plus dévié, le rouge le moins.

Recomposition (expérience de Newton)

Isaac Newton a placé un second prisme identique à l'envers après le premier. Les couleurs sont ressorties en lumière blanche. Cela a prouvé que le prisme n'ajoute pas de couleur : la lumière blanche est elle-même un mélange de toutes les couleurs.

Comment se forme un arc-en-ciel

Un arc-en-ciel est un spectre naturel dans le ciel après la pluie. De minuscules gouttes d'eau en suspension dans l'air jouent le rôle de petits prismes :

  1. Réfraction et dispersion quand la lumière du Soleil entre dans la goutte.
  2. Réflexion interne au fond de la goutte.
  3. Nouvelle réfraction à la sortie, qui écarte encore plus les couleurs.

Le rouge arrive à notre œil depuis des gouttes plus hautes dans le ciel (environ 42°) et le violet depuis des gouttes plus basses (environ 40°), donc le rouge est sur le bord extérieur et le violet sur le bord intérieur. On voit toujours un arc-en-ciel dans la direction opposée au Soleil : le Soleil doit être derrière toi. Tu peux aussi en faire un avec un arroseur par un matin ensoleillé.

À retenir pour l'examen

Questions fréquentes : tracer le trajet d'un rayon dans un prisme et indiquer i, e et D (2 à 3 points) ; pourquoi le violet est le plus dévié ; ce que signifient dispersion et spectre ; la recomposition de Newton ; les trois étapes de la formation de l'arc-en-ciel et pourquoi il est opposé au Soleil.

Formules et définitions clés

Exemples résolus

1. Un rayon de lumière blanche traverse un prisme. Quelle couleur apparaît le plus près de la base sur l'écran, et pourquoi ?

Le violet. Le verre a l'indice de réfraction le plus élevé pour le violet, donc le violet est le plus dévié et finit le plus près de la base.

2. Pourquoi une lame de verre ne sépare-t-elle pas la lumière blanche en couleurs comme un prisme ?

Dans une lame, les deux faces sont parallèles, donc la déviation à la seconde face annule exactement la première. Les couleurs ressortent parallèles et se superposent en blanc (avec seulement un petit décalage latéral). Dans un prisme, les faces sont inclinées, donc les déviations s'additionnent et les couleurs se séparent.

3. Comment montrer que la lumière blanche est faite de sept couleurs ?

Envoie un fin faisceau dans un prisme pour obtenir un spectre. Place ensuite un prisme identique à l'envers sur le trajet : les couleurs se rejoignent en lumière blanche. Séparer puis rassembler montre que la lumière blanche est un mélange.

4. Pourquoi ne voit-on jamais d'arc-en-ciel à midi dans le ciel du sud en Inde ?

Un arc-en-ciel se forme à l'opposé du Soleil, à environ 40–42° du point exactement opposé. À midi, le Soleil est haut, donc ce point est très loin sous l'horizon et l'arc ne peut pas être vu. Les arcs-en-ciel apparaissent le matin ou en fin d'après-midi.

Erreurs fréquentes

Quiz d'entraînement

1. La séparation de la lumière blanche en couleurs s'appelle :
2. Quelle couleur est la moins déviée par un prisme ?
3. L'indice de réfraction du verre est le plus grand pour :
4. Quelle est l'étape qui n'intervient PAS dans la formation d'un arc-en-ciel ?
5. Pour voir un arc-en-ciel, le Soleil doit être :

Entraînement : réponds toi-même

Écris ou choisis ta réponse, puis appuie sur Vérifier. Prends un indice si tu bloques ; la solution complète s'affiche après ta réponse.

Questions fréquentes

Qu'est-ce que la dispersion de la lumière, en mots simples ?

C'est la séparation de la lumière blanche en ses sept couleurs quand elle traverse un objet comme un prisme de verre, parce que chaque couleur est déviée d'un angle différent.

Qu'est-ce que l'angle de déviation ?

L'angle entre la direction du rayon qui entre dans un prisme et la direction du rayon qui en sort.

Pourquoi l'arc-en-ciel est-il toujours à l'opposé du Soleil ?

La lumière entre dans les gouttes de pluie, se réfléchit sur leur surface arrière et revient du côté où se trouve le Soleil. Il faut donc avoir le Soleil dans le dos pour la capter.

Où c'est enseigné

RomaniaClasa a XI-aWave optics
Ukraine9 класLight phenomena
CBSE (India)Class 10Natural Phenomena
Russia9 классLight phenomena
Russia9 классLight phenomena
China八年级(初二)Ch.4 Light

À voir d'abord

À voir ensuite

Leçons liées

Toutes les leçons de Physics