Thread by @ArnaudRaoux

Je profite du confinement pour partager quelques images de physique que je trouve particulièrement belles ou illustratives, en essayant d'expliquer simplement le phénomène sous-jacent.
#ImagesdePhysique

Un premier phénomène magnifique, que tout le monde a déjà observé : l'arc-en-ciel 🌈.

Cette photo n'est pas la plus démonstrative, ou esthétiquement la plus réussie, elle a le seul avantage que j'en suis le photographe 😅
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Déjà la base : pour voir un arc-en-ciel, on a besoin de ☀️ mais aussi de petites particules sphériques transparentes, le + souvent des gouttes d'eau 🌧️. C'est pour ça qu'on les observe dans le ciel lorsqu'on a à la fois des nuages et du soleil 🌦️
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Du soleil et de la pluie ok... mais pourquoi diable la lumière blanche produit-elle pleins de couleurs, et en un endroit aussi localisé dans l'espace ? Deux ingrédients sont essentiels:
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1⃣ La dispersion de la lumière
La lumière blanche du Soleil est la superposition de pleins d'ondes lumineuses ayant chacune des "couleurs" (longueurs d'onde) différentes. Celles-ci étant superposées, l'œil les voit toutes en même temps, et on appelle ça "blanc".
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C'est Newton qui est connu pour avoir observé les différentes composantes de la lumière blanche. En utilisant un prisme, il a réussi à séparer ces composantes *spatialement*. Il l'avait fait avec un prisme comme sur la photo
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mais ça marche avec n'importe quel milieu transparent, et quelle que soit la forme ! Voilà une simulation avec optgéo du trajet d'un rayon "de lumière blanche". On voit que les composantes initialement superposées se séparent en sortant de la goutte.
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Donc on a réussi à séparer les couleurs composantes de la lumière blanche...
Mais attendez, les rayons lumineux arrivent avec n'importe quel angle sur la goutte. Il se peut alors que le bleu d'un des rayons se superpose avec le rouge d'un autre, et on va retrouver du blanc !

C'est là où intervient notre 2e ingrédient fondamental :

2⃣ Les caustiques

Grossièrement, il s'agit des endroits où "s'accumule la lumière". Imaginons par exemple qu'on éclaire la goutte avec des rayons également espacés
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Sur la simulation précédente, on voit bien qu'il y a certains points d'accumulation. Si on regarde le faisceau qui ressort à 180 degrés (le faisceau réfracté), les rayons ne sont PAS espacés régulièrement, la direction extrémale récupère un max de lumière!
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Voilà les deux raisons principales de l'existence de l'arc-en-ciel 🌈🌈🌈
Et un avantage de ma première photo, l'éclairement et les conditions n'étant pas optimales, elle ne montre pas d'autres phénomènes physiques qui seront d'objets de prochaines #ImagesdePhysique !

Au fait, comment on peut réaliser un arc-en-ciel à la maison, même s'il ne pleut pas ?? Pour cela, une lampe de poche et un brumisateur feront l'affaire !
Peut-être une future vidéo de @jmcourty #MercilaPhysique à ce sujet ? 😉