Priroda svjetlosti bila je glavna kontroverza u znanostima u 1600-ima, a prizme su bile u središtu oluje. Neki su znanstvenici vjerovali da je svjetlost valni fenomen, a neki da je čestica. Engleski fizičar i matematičar Sir Isaac Newton bio je u bivšem kampu - vjerojatno njegov vođa - dok je nizozemski filozof Christiaan Huygens bio na čelu oporbe.
Kontroverza je na kraju rezultirala kompromisom da je svjetlost istovremeno i val i čestica. Ovo razumijevanje nije bilo moguće do uvođenja kvantne teorije 1900-ih, a gotovo 300 godina znanstvenici su nastavili izvoditi eksperimente kako bi potvrdili svoje stajalište. Jedna od najvažnijih uključenih prizmi.
Činjenica da prizma raspršuje bijelu svjetlost tvoreći spektar mogla bi se objasniti i valovnom i korpuskularnom teorijom. Sad kad znanstvenici znaju da se svjetlost zapravo sastoji od čestica s valnim karakteristikama zvanim fotoni, oni to imaju bolja ideja o tome što uzrokuje disperziju svjetlosti i ispostavilo se da to ima više veze s svojstvima valova nego s tijelima one.
Refrakcija i difrakcija se javljaju jer je svjetlost val
Thelom svjetlostije razlog zašto prizma raspršuje bijelu svjetlost tvoreći spektar. Do refrakcije dolazi zato što svjetlost putuje sporije u gustom mediju, poput stakla, nego u zraku. Stvaranje spektra, čiji je duga vidljiva komponenta, moguće je jer bijela svjetlost jest zapravo sastavljen od fotona s čitavim nizom valnih duljina, a svaka se valna duljina lomi na različitoj kut.
Difrakcija je pojava koja se javlja kada svjetlost prolazi kroz vrlo uski prorez. Pojedini se fotoni ponašaju poput vodenih valova koji prolaze kroz uski otvor na morskom zidu. Kako valovi prolaze kroz otvor, savijaju se oko uglova i šire se, a ako dopustite valovi koji udaraju u zaslon, stvorit će uzorak svijetlih i tamnih linija koji se nazivaju difrakcija uzorak. Razdvajanje linija je funkcija kut difrakcije, valne duljine upadne svjetlosti i širine proreza.
Difrakcija je očito valni fenomen, ali lom možete objasniti kao rezultat širenja čestica, kao što je to učinio Newton. Da biste dobili točnu predodžbu o tome što se zapravo događa, morate razumjeti što je zapravo svjetlost i kako djeluje s medijem kroz koji putuje.
Zamišljajte svjetlost kao impulse elektromagnetske energije
Da je svjetlost istinski val, trebao bi mu medij kroz koji će putovati, a svemir bi morao biti ispunjen sablasnom tvari zvanom eter, kako je vjerovao Aristotel. Michelson-Morleyev eksperiment dokazao je da takav eterski eter ne postoji. Ispada da zapravo nije potrebno objašnjavati širenje svjetlosti, iako se svjetlost ponekad ponaša kao val.
Svjetlost je elektromagnetski fenomen. Promjenjivo električno polje stvara magnetsko polje i obrnuto, a frekvencija promjena stvara impulse koji tvore snop svjetlosti. Svjetlost putuje konstantnom brzinom kada putuje kroz vakuum, ali kad putuje kroz medij, impulsi komuniciraju s atomima u mediju, a brzina vala se smanjuje.
Što je medij gušći, snop sporije putuje. Omjer brzina upada (vJa) i prelomljen (vR) svjetlost je konstanta (n) koja se naziva indeks loma za sučelje:
n = \ frac {v_I} {v_R}
Zašto prizma raspršuje bijelu svjetlost tvoreći spektar
Kad snop svjetlosti udari u sučelje između dva medija, on mijenja smjer, a količina promjene ovisi o n. Ako je upadni kutθJa, a i kut loma jeθR, omjer kutova dan je sSnelllov zakon:
n = \ frac {\ sin {\ theta_R}} {\ sin {\ theta_I}}
Treba uzeti u obzir još jedan dio slagalice. Brzina vala umnožak je njegove frekvencije, valne duljine i frekvencijefsvjetlosti se ne mijenja dok prolazi kroz sučelje. To znači da se valna duljina mora promijeniti kako bi se očuvao omjer označen sn. Svjetlost kraće upadne valne duljine lomi se pod većim kutom od svjetlosti dulje valne duljine.
Bijela svjetlost kombinacija je svjetlosti fotona sa svim mogućim valnim duljinama. U vidljivom spektru crvena svjetlost ima najdužu valnu duljinu, a slijede je narančasta, žuta, zelena, plava, indigo i ljubičasta (ROYGBIV). To su dugine boje, ali vidjet ćete ih samo iz trokutaste prizme.
Što je posebno kod trokutaste prizme?
Kad svjetlost prijeđe iz manje gustog u gušći medij, kao što prolazi kad uđe u prizmu, ona se podijeli na svoje valne duljine komponenata. Oni se rekombiniraju kad svjetlost izađe iz prizme, a ako su dvije površine prizme paralelne, promatrač vidi kako izlazi bijela svjetlost. Zapravo, pomnijim se pregledom vide tanka crvena linija i tanka ljubičasta. Oni su dokaz malo različitih kutova disperzije uzrokovanih usporavanjem svjetlosne zrake u materijalu prizme.
Kad je prizma trokutasta, upadni kutovi dok snop ulazi i izlazi iz prizme su različiti, pa su i kutovi loma također različiti. Kad držite prizmu pod pravim kutom, možete vidjeti spektar koji čine pojedinačne valne duljine.
Razlika između kuta upadne zrake i izranjajuće zrake naziva se kutom odstupanja. Taj je kut u biti nula za sve valne duljine kada je prizma pravokutna. Kad lica nisu paralelna, svaka valna duljina izlazi sa svojim karakterističnim kutom odstupanja, a pojasevi promatrane duge povećavaju se u širini s povećanjem udaljenosti od prizme.
Kapljice vode mogu djelovati poput prizmi da bi stvorile dugu
Bez sumnje ste vidjeli dugu i možda se pitate zašto ih možete vidjeti samo kad je sunce iza vas, a vi ste pod određenim kutom prema oblacima ili kišnom pljusku. Svjetlost se lomi unutar kapljice vode, ali da je to cijela priča, voda bi bila između vas i sunca, a to se obično ne događa.
Za razliku od prizmi, kapljice vode su okrugle. Incidentna sunčeva svjetlost lomi se na sučelju zrak / voda, a dio toga putuje i izlazi s druge strane, ali to nije svjetlost koja stvara duge. Dio svjetlosti reflektira se unutar kapljice vode i izlazi s iste strane kapljice. To je svjetlo koje stvara dugu.
Svjetlost sunca ima silaznu putanju. Svjetlost može izlaziti iz bilo kojeg dijela kišne kapi, ali najveća koncentracija ima kut odstupanja od oko 40 stupnjeva. Zbirka kapljica iz kojih svjetlost izlazi pod tim određenim kutom čine kružni luk na nebu. Da ste mogli vidjeti dugu iz zrakoplova, mogli biste vidjeti cijeli krug, ali sa zemlje je pola kruga odsječeno i vidite samo tipični polukružni luk.