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Trajet de la lumière dans une goutte d'eau

L'arc-en-ciel est dû à la dispersion de la lumière blanche du soleil dans des gouttes d'eau en chute vers le sol. La lumière subit une première réfraction à l'entrée de la goutte, puis une réflexion interne, et enfin, une deuxième réfraction à la sortie. La figure ci-contre montre le trajet approximatif d'un rayon lumineux dans une goutte d'eau. À chaque point d'incidence, l'intensité lumineuse est partagée entre un rayon réfracté et un rayon réfléchi; il en résulte une intensité plutôt faible pour le rayon perçu par l'observateur. L'analyse détaillée de cette situation permet de montrer que l'angle entre le rayon incident et le rayon émergent est d'environ 42° pour le rouge. Comme l'indice de réfraction est légèrement plus grand pour le bleu que pour le rouge, le bleu subira une plus forte déviation à chaque réfraction et ressortira à un angle d'environ 41° par rapport au rayon incident. Ainsi, pour l'observateur, le bord inférieur de l'arc-en-ciel apparaîtra bleuté alors que le bord supérieur sera rouge. Pour que l'arc-en-ciel apparaisse au-dessus de l'horizon, il faut que le soleil soit à une altitude inférieure à 42°; c'est pourquoi « l'écharpe d'Iris » n'est visible qu'en début ou en fin de journée.

Figure 7.21 du manuel Éléments d'optique géométrique et ophtalmique, 3^e édition, de Bernard Yelle.

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Localisation : Collège Édouard-Montpetit, 945, chemin de Chambly, Longueuil, Québec
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Date : 2019
Auteur : Bernard Yelle, Guylaine Normand (illustration)
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Ayant droit : CCDMD
Catégorie : Pédagogie
Numéro : 121805

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