Question:
Pourquoi une fenêtre normale ne produit-elle pas un arc-en-ciel apparent?
Melvin
2019-06-02 23:42:33 UTC
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Lorsque la lumière se réfracte dans un prisme, elle crée un arc-en-ciel.Ma question est la suivante: pourquoi toutes les fenêtres ou objets transparents ne créent-ils pas cette dispersion, c'est-à-dire pourquoi l'indice de réfraction dépend-il de la fréquence dans un prisme dispersif et non dans une fenêtre?(Je suppose que l'indice de réfraction ne change pas autant, mais je n'ai pas vraiment d'idée).

Certaines fenêtres épaisses utilisées pour les grands présentoirs de magasin ont des bords biseautés, et vous pouvez parfois voir un spectre hors de ceux-ci.
Même sans bords biseautés, vous pouvez parfois voir une fine bande rouge ou bleue sur les bords.La réponse @BarsMonster's explique pourquoi.
Trois réponses:
BarsMonster
2019-06-03 00:21:05 UTC
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Cela crée l'arc-en-ciel, mais il est presque impossible de le remarquer.

Lorsque la direction de la lumière est modifiée sur l'interface verre-air - il y a toujours une dispersion: la lumière avec une longueur d'onde différente se réfracte à un angle différent et crée ainsi un arc-en-ciel.

Le problème est que lorsque la lumière atteint la deuxième interface verre-air - l'angle d'incidence est opposé et la dispersion compense presque parfaitement, et cette lumière recombine en faisceau blanc. Dans ce faisceau recombiné, il n'y a pas de différence angulaire pour différentes couleurs, juste un léger décalage latéral - vous pouvez donc à peine voir l'arc-en-ciel sur les arêtes vives du faisceau lumineux - mais les couleurs ne divergent plus.

Vous pouvez toujours remarquer l'arc-en-ciel si vous prenez du verre très épais (~ 50 mm) et un faisceau très étroit et parfaitement collimaté (<0,05 mm). Ici vous pouvez voir la simulation avec une dispersion exagérée:

Flat dispersion

Dans un prisme, où les angles d'incidence pour la première et la seconde réfraction sont très différents - cette compensation ne fonctionne pas et on peut voir l'arc-en-ciel beaucoup plus facilement, car il y a maintenant une différence angulaire entre les différentes couleurs.

Prism dispersion

Au cours du week-end, j'ai remarqué l'effet à travers une configuration similaire à "verre très épais et faisceau très étroit".C'était une piscine.Je regardais les lignes blanches entre les carreaux bleus à travers 3 pieds d'eau au soleil.Les lignes blanches produisaient clairement un arc-en-ciel.Vous pourrez également le reproduire avec une configuration similaire, bien sûr avec du verre au lieu de l'eau.
@sampathsris C'est différent dans la piscine, car vous n'avez que la première interface air-eau - il n'y a plus d'air au fond, donc il n'y a pas de compensation comme dans une dalle de verre.
... aussi la raison pour laquelle le verre plat n'a pas besoin de «compensation» alors que par exemple les objectifs de caméra nécessitent beaucoup de mesures optiques compliquées NE PAS produire d'aberration chromatique (arcs-en-ciel).
@rackandboneman Pas seulement des caméras.Vous devriez voir ce qu'ils ont fait avec les télescopes à réfraction à l'époque.Certains d'entre eux sont devenus ridiculement longs avant de se rendre compte que ce serait peut-être une bonne idée d'utiliser des miroirs à la place.
Il y a aussi le fait que sur les millions de rayons provenant d'une source parallèle - les «v et r» se mélangeront à nouveau - ce qui se traduira par une lumière blanche dans tous les endroits autres que les plus arêtes
pourquoi l'épaisseur du verre est-elle importante?les rayons de lumière blanche ne devraient-ils pas se disperser uniquement lors de l'incidence puis voyager complètement linéairement jusqu'à l'émergence?
Cette réponse est plus fausse que juste.Les rayons voyagent comme indiqué, mais chaque rayon représente la direction de déplacement d'une onde plane, et les ondes planes sont larges - elles s'étendent à travers le verre, se chevauchant complètement, et donnant ainsi une lumière blanche partout, sauf pourun léger effet au bord du verre.Avec un prisme, les rayons divergent après avoir quitté le prisme et sont rapidement suffisamment séparés pour montrer un spectre.
@UbaidHassan Le décalage latéral des couleurs dépendra de l'épaisseur du verre (et de l'angle d'incidence).C'est à dire.sur un verre de 50 mm, le décalage latéral sera 10 fois plus grand que sur un verre de 5 mm.C'est à dire.un petit arc-en-ciel sur les bords du faisceau blanc recombiné sera plus visible lors du passage à travers un verre plus épais.
@AndrewSteane J'ai remplacé l'image générique par une image simulée - j'espère que cela rend cette réponse plus proche de la réalité.
Votre volonté de mettre à niveau ce post populaire est excellente - mais il y a toujours le problème que la première image montre beaucoup de couleurs dans des endroits où ce qui est vu est du blanc pur.J'aurais dessiné un seul rayon, ou peut-être un couple, plutôt que plusieurs, et ajouter quelques fronts d'onde pour montrer la largeur et indiquer la coloration aux endroits où les différentes couleurs ne se chevauchent pas - c'est-à-dire.les bords.N'oubliez pas que sur un diagramme de rayons, un rayon ne représente pas un crayon de lumière, il représente la direction de déplacement d'un faisceau de lumière de n'importe quelle largeur physiquement appropriée.
jacob1729
2019-06-03 00:05:59 UTC
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Les vitres d'une fenêtre ne dévient pas réellement la lumière en fonction de leur indice de réfraction (du moins pas à une approximation raisonnable).

Refraction in block of glass

L'image montre que si vous faites briller un rayon sur un rectangle parfait, la lumière sort parallèlement au rayon incident.Ainsi, vous n'obtenez pas de dispersion, car aucune déviation nette n'est causée.(Pour plus de clarté: il y a une déviation à chaque plan, elle s'annule. Cette déviation est différente pour chaque longueur d'onde, donc il y a un petit décalage de translation dû à la longueur d'onde. Mais pas de déviation angulaire comme dans un prisme.)

Bien sûr, les fenêtres n'ont pas de côtés parfaitement parallèles, et si vous les étendez suffisamment, elles finiront par se rencontrer.En tant que telle, une fenêtre ressemble à un prisme avec un très petit angle au sommet $ A $ .

Comme le disent les autres réponses, la lumière dévie à l'intérieur du verre en fonction de la couleur.
@FGSUZ Je n'ai pas dit le contraire.Le fait est qu'il y a deux déviations dépendantes de $ n $ qui s'annulent parfaitement.L'effet net est un léger déplacement, qui ne provoquera pas d'effet arc-en-ciel si la fenêtre est éclairée sur toute sa largeur.Un prisme en contraste provoque une dispersion angulaire.
Acccumulation
2019-06-03 20:38:13 UTC
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En combinant les réponses de BarsMonster et jacob1729, et le commentaire de UKMonkey, lorsque la lumière frappe l'interface air-verre, les différences de fréquences de la lumière sont réfractées à différents angles, et il y a alors dispersion dans toute l'épaisseur du verre. Si les côtés du verre sont parallèles, alors la réfraction à l'interface verre-air de l'autre côté sera opposée à la réfraction originale, et il n'y aura plus de dispersion; c'est-à-dire qu'il n'y aura dispersion que dans l'épaisseur du verre.

Avec un prisme, par contre, les côtés ne sont pas parallèles mais plutôt à des angles opposés à la base. De ce fait, la réfraction au niveau de l'interface verre-air renforce, au lieu d'annuler, celle de l'interface air-verre. Ainsi, la dispersion se poursuit après que la lumière quitte le prisme.

De plus, un prisme est plus épais mais plus court qu'une fenêtre (généralement). Autrement dit, il y a une plus petite section transversale de lumière traversant plus de verre. Avec plus de dispersion et un faisceau plus petit, le prisme peut séparer les différentes couleurs en un spectre. Une fenêtre, par contre, a un grand faisceau avec une petite dispersion, et donc les différentes couleurs se chevauchent.

Mais qu'en est-il des lentilles?Leurs côtés ne sont pas parallèles, mais ils ne créent pas de dispersion.
@Melvin D'où vous vient l'idée que les lentilles ne créent pas de dispersion?
désolé, je veux dire qu'il n'y a pas assez de dispersion pour le remarquer
@Melvin l'effet arc-en-ciel dans les lentilles est souvent appelé [aberration chromatique] (https://en.wikipedia.org/wiki/Chromatic_aberration), et il existe de nombreuses techniques pour le minimiser.


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