L'arc-en-ciel

Résumé du document

Les arcs-en-ciel sont connus depuis la nuit des temps mais ils ne sont expliqués que depuis la fin des années 1660, à la suite d'une expérience, Newton a déduit que la lumière blanche était en fait une combinaison de toutes les couleurs du spectre visible.
Une des premières analyses scientifiques de ce phénomène est donnée par René Descartes dès 1637. Il répondait. L'observation d'un arc-en-ciel soulève de nombreuses questions : Comment se comportent les rayons lumineux dans les gouttes d'eau ? Pourquoi observe-t-on différentes couleurs ? Comment expliquer l'ordre de ces couleurs ? Pourquoi observe-t-on un arc ?

Extraits

[...] Petite anecdotes sur les arcs-en-ciel : - On peut observer un arc en ciel en arrosant son jardin. Il suffit d'être dos au soleil et de projeter un jet d'eau formé de fines gouttelettes. Dans ce cas, l'arc forme un cercle complet centré sur l'ombre de la tête de l'observateur. - On peut également les observer par réflexion de la lumière sur un CD-ROM. Tout comme les gouttes d'eau en suspension dans l'air, les CD sont capables de décomposer la lumière en ses différentes couleurs. [...]

[...] D'où: sin sin(r) En dérivant cette dernière, on obtient: Cos d n cos(r) dr dr/di = cos (i)/ncos(r) Donc: dD/di = cosi cosr)] Cette dérivée s'annulera si: 2cos = n cos(r) En élevant au carré : 4 = 4(1-sin² = Sin² Avec n=1,33, la valeur annulant la dérivée est i=59,6°. Pour cette incidence, avec la loi de Descartes, on a r=40,4°. L'angle de déviation est D=137,52°. L'angle d'observation est : a = 180-D L'application numérique nous donne : a=42,48° On simplifie la valeur de a : a=42°. Dans le cas de l'arc-en-ciel secondaire : L'angle d'observation est plus élevé, il vaut environ 51°. III/ Pourquoi observe-t'on différentes couleurs ? Comment expliquer l'ordre de ces couleurs ? [...]

[...] Phénomènes liés à l'arc-en-ciel II/ Comment se comportent les rayons lumineux dans les gouttes d'eau ? Approche expérimentale Schéma de la manipulation Interprétation Démonstration de la valeur de III/ Pourquoi observe-t'on différentes couleurs ? Comment expliquer l'ordre de ces couleurs ? Manipulation Montage Observations Explications IV/ Pourquoi observe-t'on un arc ? Manipulation Montage Observations Explications de la forme de l'arc Conclusion Bibliographie Introduction : Les arcs-en-ciel sont connus depuis la nuit des temps mais ils ne sont expliqués que depuis la fin des années 1660, à la suite d'une expérience, Newton a déduit que la lumière blanche était en fait une combinaison de toutes les couleurs du spectre visible. [...]

[...] Ce sont donc celles qui composent l'arc-en-ciel. Explications : On peut apparenter la lumière blanche de l'ampoule au soleil, et le prisme à une goutte d'eau. Donc les couleurs de l'arc-en-ciel sont dues à la réfraction des rayons solaires pour chacune des gouttes d'eau. Chacune d'elle est donc un minuscule prisme. La réfraction est un phénomène naturel séparant la lumière du soleil en ses différentes couleurs. Quand le soleil brille dans une atmosphère claire, sa lumière apparaît blanche (la lumière blanche est composée de nombreuses couleurs).Quand le soleil brille à travers la pluie, elle se décompose en un continuum complet de couleurs allant du rouge au violet, car les gouttes d'eau agissent comme une multitude de prismes. [...]

[...] Il est à noter que même si la lumière bleue est moins déviée que le rouge dans une goutte, nous voyons la lumière bleue dans la partie intérieure de l'arc car nous regardons le long d'une ligne de visée différente qui a un angle plus petit par rapport au rayon incident. IV/ Pourquoi observe-t'on un arc ? Manipulation : Nous allons recréer un arc en ciel pour expliquer sa forme. Montage : Nous utiliserons comme matériel : - Un ballon rodé de 100 mL équivalent à une goutte d'eau. [...]