Wie funktionieren Prismen?

Im 17. Jahrhundert führte Isaac Newton eine Reihe von Experimenten mit Prismen und Licht durch. Er zeigte, dass Prismen Licht nicht nur in die bekannten Regenbogenfarben aufspalten, sondern diese auch neu kombinieren können. Das Glas eines Prismas und die Winkel seiner Seiten bilden zusammen ein faszinierendes optisches Werkzeug.

Wenn Licht aus der Luft in das Glas gelangt, verlangsamt es sich, und wenn es das Glas verlässt, beschleunigt es sich wieder. Trifft das Licht schräg auf das Glas, wird es gebrochen. Der Winkel, in dem es auf das Glas trifft, ist nicht derselbe Winkel, in dem es sich im Glas bewegt. Das Licht bewegt sich nicht mehr geradlinig, sondern wird an der Oberfläche gebogen. Das gleiche passiert, wenn das Licht das Prisma verlässt – es biegt sich wieder.

Ein optisches Prinzip namens Snell’s Law sagt genau voraus, wie dies geschieht. Das Snell-Gesetz befasst sich mit den Winkeln, in denen Licht in ein Prisma eintritt und es verlässt, und mit dem sogenannten Brechungsindex. Der Brechungsindex gibt an, wie viel Licht verlangsamt wird, wenn es in das Glas eindringt.

Die verschiedenen Lichtfarben, von Rot bis Violett, werden jeweils in leicht unterschiedlichen Winkeln gebogen. Rot verbiegt sich am wenigsten, Violett am meisten. Dadurch fächern sich die Farben auf und werden deutlich.

Dass ein Prisma Licht in Farben brechen kann, war schon vor Newton bekannt. Aber Newton fragte, was passieren würde, wenn er an der Stelle der Farben ein zweites Prisma anbringen würde. Wenn das zweite Prisma alle Farben auf einer seiner Oberflächen einfing, kam weißes Licht von der anderen Seite. Dieselben Eigenschaften, die die Farben auseinander streuten, funktionierten umgekehrt, um sie wieder zusammenzusetzen.

Newton fragte auch, was passieren würde, wenn er ein zweites Prisma nur für eine Farbe verwenden würde. Würde es in andere Farben brechen? Sein Experiment zeigte, dass dies nicht der Fall war. Die Farben, die aus einem Prisma kommen, sind grundlegend.

Neben der Lichtbrechung eignen sich Prismen auch gut zum Reflektieren von Licht. Wenn Sie in ein Prisma schauen und es mit den Fingern drehen, sehen Sie, dass das Licht in bestimmten Winkeln von der Rückseite reflektiert wird. Dies wird als interne Reflexion bezeichnet. Einige Prismen haben mehrere interne reflektierende Flächen. Sie können ein auf dem Kopf stehendes und rückwärts gerichtetes Teleskopbild aufnehmen und auf den Normalwert zurückdrehen. Reflektierende Prismen werden in Periskopen und Ferngläsern verwendet, da sie haltbarer sind als Spiegel.