Шта узрокује распршивање беле светлости?

Природа светлости била је главна полемика у наукама у 1600-им, а призме су биле у средишту олује. Неки научници су веровали да је светлост таласни феномен, а неки да је честица. Енглески физичар и математичар Сир Исаац Невтон био је у бившем кампу - вероватно његов вођа - док је холандски филозоф Цхристиаан Хуигенс био на челу опозиције.

Полемика је на крају резултирала компромисом да је светлост и талас и честица. Ово разумевање није било могуће до увођења квантне теорије 1900-их, а скоро 300 година научници су наставили да изводе експерименте како би потврдили своје становиште. Једна од најважнијих укључених призми.

Чињеница да призма распршује белу светлост формирајући спектар могла би се објаснити и таласном и корпускуларном теоријом. Сада када научници знају да се светлост заправо састоји од честица са таласним карактеристикама које се називају фотони, они то имају боља идеја о томе шта узрокује дисперзију светлости и испоставило се да то има више везе са својствима таласа него са корпускуларним оне.

Тхепреламање светлостије разлог зашто призма распршује белу светлост формирајући спектар. До преламања долази јер светлост путује спорије у густом медијуму, попут стакла, него у ваздуху. Формирање спектра, чији је дуга видљива компонента, могуће је јер је бела светлост заправо састављен од фотона са читавим низом таласних дужина, а свака се таласна дужина ломи на другачијој угао.

Дифракција је појава која се јавља када светлост пролази кроз врло уски прорез. Појединачни фотони понашају се попут водених таласа који пролазе кроз уски отвор у морском зиду. Како таласи пролазе кроз отвор, савијају се око углова и шире се, а ако дозволите таласи који ударају у екран, они ће створити образац светлих и тамних линија званих дифракција шаблон. Раздвајање линија је функција угла дифракције, таласне дужине упадне светлости и ширине прореза.

Дифракција је очигледно таласни феномен, али рефракцију можете објаснити као резултат ширења честица, као што је то учинио Њутн. Да бисте добили тачну представу о томе шта се заправо догађа, потребно је да разумете шта је заправо светлост и како делује у интеракцији са медијумом кроз који путује.

Да је светлост истински талас, требао би јој медијум кроз који би путовао, а свемир би морао бити испуњен сабласном супстанцом званом етар, како је веровао Аристотел. Микелсон-Морлијев експеримент је доказао да међутим такав етар етар не постоји. Испоставило се да заправо није потребно објашњавати ширење светлости, иако се светлост понекад понаша као талас.

Светлост је електромагнетни феномен. Променљиво електрично поље ствара магнетно поље, и обрнуто, а фреквенција промена ствара импулсе који формирају сноп светлости. Светлост путује константном брзином када путује кроз вакуум, али када путује кроз средину, импулси комуницирају са атомима у средини, а брзина таласа се смањује.

Што је средњи медиј гушћи, сноп спорије путује. Однос брзина пада (в_Ја) и преломљен (ст_Р.) светлост је константа (н) која се назива индекс преламања интерфејса:

Када сноп светлости удари у интерфејс између два медија, он мења смер, а количина промене зависи од н. Ако је упадни угаоθ_Ја, а и угао преламања јеθ_Р., однос углова је дат саСнелл-ов закон​:

Треба узети у обзир још један делић слагалице. Брзина таласа је производ његове фреквенције и његове таласне дужине и фреквенцијефсветлости се не мења док пролази кроз интерфејс. То значи да се таласна дужина мора променити да би се очувао однос означен сан. Светлост краће упадне таласне дужине прелама се под већим углом од светлости дуже таласне дужине.

Бела светлост је комбинација светлости фотона са свим могућим таласним дужинама. У видљивом спектру црвена светлост има најдужу таласну дужину, а затим је наранџаста, жута, зелена, плава, индиго и љубичаста (РОИГБИВ). То су дугине боје, али видећете их само из троугаоне призме.

Када светлост пређе из мање густог у густи медијум, као што пролази када уђе у призму, она се дели на таласне дужине својих компонената. Они се рекомбинују када светлост изађе из призме, а ако су две површине призме паралелне, посматрач види како избија бела светлост. Заправо, детаљнијим прегледом виде се танка црвена линија и танка љубичаста. Они су доказ незнатно различитих углова дисперзије узрокованих успоравањем снопа светлости у материјалу призме.

Када је призма троугласта, упадни углови при уласку и изласку снопа из призме су различити, па су и углови преламања различити. Када држите призму под правим углом, можете видети спектар који чине појединачне таласне дужине.

Разлика између угла упадне греде и израњајуће греде назива се угао одступања. Овај угао је у основи нула за све таласне дужине када је призма правоугаона. Када лица нису паралелна, свака таласна дужина излази са својим карактеристичним углом одступања, а појасеви посматране дуге повећавају се у ширини са повећањем удаљености од призме.

Несумњиво сте видели дугу и можда се питате зашто их можете видети само када је сунце иза вас и када сте под одређеним углом према облацима или кишном пљуску. Светлост се ломи унутар капљице воде, али да је то цела прича, вода би била између вас и сунца, а то се обично не дешава.

За разлику од призми, капљице воде су округле. Инцидентна сунчева светлост се ломи на интерфејсу ваздух / вода, а неки од њих путују и излазе са друге стране, али то није светлост која ствара дуге. Неки део светлости се рефлектује унутар капљице воде и излази са исте стране капљице. То је светлост која ствара дугу.

Сунчева светлост има силазну путању. Светлост може да изађе из било ког дела кишне капи, али највећа концентрација има угао одступања од око 40 степени. Збирка капљица из којих светлост излази под овим одређеним углом чине кружни лук на небу. Да сте могли да видите дугу из авиона, могли бисте да видите цео круг, али са земље је половина круга одсечена и видите само типични полукружни лук.