Gaismas daba 1600. gados bija liela diskusija zinātnēs, un vētras centrā bija prizmas. Daži zinātnieki uzskatīja, ka gaisma ir viļņu parādība, un daži domāja, ka tā ir daļiņa. Angļu fiziķis un matemātiķis Sers Īzaks Ņūtons bija bijušajā nometnē - iespējams, tās vadītājs -, kamēr holandiešu filozofs Kristiāns Huigenss vadīja opozīciju.
Strīds galu galā radīja kompromisu, ka gaisma ir gan vilnis, gan daļiņa. Šī izpratne nebija iespējama līdz kvantu teorijas ieviešanai 1900. gados, un gandrīz 300 gadus zinātnieki turpināja veikt eksperimentus, lai apstiprinātu viņu viedokli. Viena no vissvarīgākajām iesaistītajām prismām.
To, ka prizma izkliedē balto gaismu, veidojot spektru, varētu izskaidrot gan ar viļņu, gan ar korpuskulāro teoriju. Tagad, kad zinātnieki zina, ka gaismu faktiski veido daļiņas ar viļņu īpašībām, kuras sauc par fotoniem, viņiem ir labāka ideja par to, kas izraisa gaismas izkliedi, un izrādās, ka tas ir vairāk saistīts ar viļņu īpašībām nekā ar korpuskulāru vieniem.
Refrakcija un difrakcija notiek tāpēc, ka gaisma ir vilnis
Thegaismas laušanair iemesls, kāpēc prizma izkliedē balto gaismu, veidojot spektru. Refrakcija notiek tāpēc, ka gaisma blīvā vidē, piemēram, stiklā, pārvietojas lēnāk nekā gaisā. Spektra, kura varavīksne ir redzamā sastāvdaļa, veidošanās ir iespējama, jo balta gaisma ir faktiski sastāv no fotoniem ar visu viļņu garumu diapazonu, un katrs viļņa garums laužas citā leņķis.
Difrakcija ir parādība, kas rodas, kad gaisma iet caur ļoti šauru spraugu. Atsevišķi fotoni izturas kā ūdens viļņi, kas iet caur šauru atveri jūrmalā. Kad viļņi iziet cauri atverei, tie noliecas ap stūriem un izplatās, un, ja jūs to atļaujat viļņi, lai uzsistu ekrānu, tie radīs gaismas un tumšo līniju modeli, ko sauc par difrakciju modeli. Līnijas atdalīšana ir difrakcijas leņķa, krītošās gaismas viļņa garuma un spraugas platuma funkcija.
Difrakcija nepārprotami ir viļņu parādība, taču jūs varat izskaidrot refrakciju daļiņu izplatīšanās rezultātā, kā to darīja Ņūtons. Lai iegūtu precīzu priekšstatu par to, kas patiesībā notiek, jums jāsaprot, kas patiesībā ir gaisma un kā tā mijiedarbojas ar barotni, pa kuru tā pārvietojas.
Domājiet par gaismu kā par elektromagnētiskās enerģijas impulsiem
Ja gaisma būtu patiess vilnis, tai būtu nepieciešams līdzeklis, pa kuru ceļot, un Visums būtu jāaizpilda ar spoku vielu, ko sauc par ēteri, kā uzskatīja Aristotelis. Miķelsona-Morlija eksperiments pierādīja, ka šāda ētera ētera tomēr nav. Izrādās, ka tas patiesībā nav vajadzīgs, lai izskaidrotu gaismas izplatīšanos, kaut arī gaisma dažkārt uzvedas kā vilnis.
Gaisma ir elektromagnētiska parādība. Mainīgais elektriskais lauks rada magnētisko lauku un otrādi, un izmaiņu biežums rada impulsus, kas veido gaismas staru. Gaisma, pārvietojoties caur vakuumu, pārvietojas ar nemainīgu ātrumu, bet, pārvietojoties caur barotni, impulsi mijiedarbojas ar barotnē esošajiem atomiem, un viļņa ātrums samazinās.
Jo blīvāks ir barotne, jo lēnāk stars virzās. Notikuma ātrumu attiecība (vEs) un lauzts (vR) gaisma ir konstante (n), ko sauc par saskarnes refrakcijas indeksu:
n = \ frac {v_I} {v_R}
Kāpēc prizma izkliedē balto gaismu, veidojot spektru
Kad gaismas stars skar saskarni starp diviem nesējiem, tas maina virzienu, un izmaiņu apjoms ir atkarīgs no n. Ja kritiena leņķis irθEsun refrakcijas leņķis irθR, leņķu attiecību izsakaSnella likums:
n = \ frac {\ sin {\ theta_R}} {\ sin {\ theta_I}}
Jāņem vērā vēl viens mīklu gabals. Viļņa ātrums ir tā frekvences, viļņa garuma un frekvences reizinājumsfgaisma nemainās, kad tā šķērso saskarni. Tas nozīmē, ka viļņa garumam jāmainās, lai saglabātu koeficientu, kas apzīmēts arn. Gaisma ar īsāku krītošo viļņa garumu tiek lauzta lielākā leņķī nekā gaisma ar garāku viļņa garumu.
Balta gaisma ir fotonu gaismas kombinācija ar visiem iespējamiem viļņu garumiem. Redzamajā spektrā sarkanā gaisma ir ar vislielāko viļņa garumu, kam seko oranža, dzeltena, zaļa, zila, indigo un violeta (ROYGBIV). Šīs ir varavīksnes krāsas, taču tās redzēsiet tikai no trīsstūrveida prizmas.
Kas ir īpašs trīsstūrveida prismā?
Kad gaisma pāriet no mazāk blīvas uz blīvāku barotni, tāpat kā nonākot prizmā, tā sadalās tā komponentu viļņu garumos. Tie rekombinējas, kad gaisma iziet no prizmas, un, ja abas prizmas sejas ir paralēlas, novērotājs redz, kā parādās balta gaisma. Patiesībā, rūpīgāk pārbaudot, ir redzama plāna sarkana līnija un plāns violets. Tie liecina par nedaudz atšķirīgiem izkliedes leņķiem, ko izraisa gaismas staru palēnināšanās prizmas materiālā.
Kad prizma ir trīsstūrveida, lēciena leņķi, kad stars ienāk un atstāj prizmu, ir atšķirīgi, tāpēc arī refrakcijas leņķi ir atšķirīgi. Turot prizmu pareizajā leņķī, jūs varat redzēt spektru, ko veido atsevišķi viļņu garumi.
Starpību starp krītošā stara leņķi un izejošā stara leņķi sauc par novirzes leņķi. Šis leņķis būtībā ir nulle visiem viļņu garumiem, ja prizma ir taisnstūrveida. Kad sejas nav paralēlas, katrs viļņa garums parādās ar savu raksturīgo novirzes leņķi, un novērotās varavīksnes joslas palielinās, palielinoties attālumam no prizmas.
Ūdens pilieni var darboties kā prizmas, veidojot varavīksni
Jūs, bez šaubām, esat redzējis varavīksni, un jums var rasties jautājums, kāpēc jūs tos varat redzēt tikai tad, kad saule ir aiz muguras un jūs atrodaties noteiktā leņķī pret mākoņiem vai lietus dušu. Gaisma lauž ūdens pilienā, bet, ja tas būtu viss stāsts, ūdens būtu starp jums un sauli, un tas parasti nenotiek.
Atšķirībā no prizmām ūdens pilieni ir apaļi. Krītošā saules gaisma laužas gaisa / ūdens saskarnē, un daži no tiem ceļo cauri un parādās no otras puses, taču tā nav gaisma, kas rada varavīksnes. Daļa no gaismas atstaro ūdens pilienu iekšpusē un parādās tajā pašā piliena pusē. Tā ir gaisma, kas rada varavīksni.
Saules gaismai ir lejupejoša trajektorija. Gaisma var iziet no jebkuras lietus lāses daļas, bet vislielākajai koncentrācijai ir aptuveni 40 grādu novirzes leņķis. Pilienu kolekcija, no kuras gaisma parādās tieši šajā leņķī, veido apļveida loku debesīs. Ja jūs varētu redzēt varavīksni no lidmašīnas, jūs varētu redzēt pilnu apli, bet no zemes puse apļa ir nogriezta, un jūs redzat tikai tipisko pusapaļu loku.