Prześwietl światło przez pryzmat lub zawieś je w oknie w słoneczny dzień, a zobaczysz tęczę. To ta sama tęcza, którą widzisz na niebie, ponieważ w dzień z mieszanką deszczu i słońca każda kropla deszczu działa jak miniaturowy pryzmat. Dla fizyków debatujących nad tym, czy światło jest falą, czy cząstką, zjawisko to jest mocnym argumentem przemawiającym za tym pierwszym. W rzeczywistości eksperymenty z pryzmatami miały kluczowe znaczenie dla sformułowania przez Issaca Newtona teorii optyki i falowej natury światła.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Białe światło załamuje się, gdy przechodzi przez pryzmat. Każda długość fali załamuje się pod innym kątem, a wyłaniające się światło tworzy tęczę.
Refrakcja i tęcza
Refrakcja to zjawisko, które ma miejsce, gdy wiązka białego światła przechodzi przez granicę między powietrzem a gęstszym medium, takim jak szkło lub woda. Światło porusza się wolniej w gęstszym ośrodku, więc zmienia kierunek – lub załamuje się – gdy przechodzi przez interfejs. Białe światło jest mieszaniną wszystkich długości fal światła, a każda długość fali załamuje się pod nieco innym kątem. Dlatego też, gdy wiązka wychodzi z gęstszego ośrodka, została podzielona na składowe długości fal. Te, które możesz zobaczyć, tworzą znajomą tęczę.
Indeks załamania
Kąt załamania w danym ośrodku jest określony przez jego współczynnik załamania, który wynosi a właściwość uzyskana przez podzielenie prędkości światła w próżni przez prędkość światła w tym konkretnym przypadku średni. Gdy światło przechodzi z jednego ośrodka do drugiego, kąt załamania można wyznaczyć dzieląc współczynniki załamania dwóch ośrodków. Związek ten znany jest jako Prawo Snella, nazwane na cześć XVII-wiecznego fizyka, który ją odkrył.
Wiele innych materiałów oprócz szkła wytwarza tęcze. Diament, lód, czysty kwarc i gliceryna to tylko niektóre przykłady. Szerokość tęczy jest funkcją współczynnika załamania, który zmienia się bezpośrednio wraz z gęstością materiału. Możesz nawet zobaczyć tęczę, gdy światło przechodzi z wody przez przezroczysty kryształ lub kawałek szkła iz powrotem do wody.
Kolory tęczy
Chociaż tradycyjnie tęczę identyfikujemy za pomocą siedmiu kolorów składowych, w rzeczywistości jest to kontinuum bez dyskretnych granic między odcieniami. To Newton arbitralnie podzielił widmo na siedem kolorów ze względu na starożytnych Greków, którzy wierzyli, że siedem jest liczbą mistyczną. Kolory to, w kolejności od najdłuższej fali do najkrótszej, czerwony, pomarańczowy, żółty, zielony, niebieski, indygo i fioletowy. Jeśli szukasz sposobu na zapamiętanie kolejności, użyj akronimu ROYGBIV, wymawianego roy-gee-biv, lub wypróbuj ten mnemonik: ROYsolzdrowaśka bettjaViolety.
Częstotliwość długości fali wzrasta, gdy przechodzisz przez tęczę od czerwieni do fioletu. Oznacza to, że energia pojedynczych fotonów – lub pakietów fal – również wzrasta, ponieważ są one bezpośrednio powiązane przez prawo Plancka.