Lys ett ljus genom ett prisma, eller häng ett i fönstret på en solig dag, så ser du en regnbåge. Det är samma regnbåge du ser på himlen, för en dag med en blandning av regn och sol fungerar varje regndroppe som ett miniatyrprisma. För fysiker som diskuterar om ljus är en våg eller partikel är detta fenomen ett starkt argument för den förra. Faktum är att experiment med prismer var centrala för Issac Newtons formulering av teorin om optik och vågens natur.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Vitt ljus bryts när det passerar genom ett prisma. Varje våglängd bryts i olika vinklar och det framväxande ljuset bildar en regnbåge.
Refraktion och regnbågen
Refraktion är ett fenomen som händer när en stråle av vitt ljus passerar genom gränsytan mellan luft och ett tätare medium, såsom glas eller vatten. Ljus rör sig långsammare i ett tätare medium, så det ändrar riktning - eller bryts - när det passerar genom gränssnittet. Vitt ljus är en blandning av alla våglängder av ljus, och varje våglängd bryts i en något annan vinkel. Därför, när strålen kommer ut från det tätare mediet, har den delats upp i dess komponentvåglängder. De du kan se bildar den välbekanta regnbågen.
Brytningsindex
Brytningsvinkeln i ett visst medium definieras av dess brytningsindex, vilket är a egenskap härledd genom att dividera ljusets hastighet i ett vakuum med ljusets hastighet i just det medium. När ljus passerar från ett medium till ett annat kan brytningsvinkeln härledas genom att dela brytningsindexen för de två medierna. Detta förhållande är känt som Snells lag, uppkallad efter 1600-talets fysiker som upptäckte det.
Många andra material förutom glas producerar regnbågar. Diamant, is, klar kvarts och glycerin är bara några exempel. Regnbågens bredd är en funktion av brytningsindexet, som varierar direkt med materialets densitet. Du kan till och med se en regnbåge när ljus passerar från vatten genom en klar kristall eller glasbit och tillbaka till vatten.
Regnbågens färger
Även om vi traditionellt identifierar en regnbåge med sju komponentfärger, är det faktiskt ett kontinuum utan diskreta gränser från en nyans till nästa. Det var Newton som godtyckligt delade spektrumet i sju färger i förhållande till de antika grekerna, som trodde att sju var ett mystiskt tal. Färgerna är, i ordning från längsta våglängd till kortaste, röd, orange, gul, grön, blå, indigo och violett. Om du letar efter ett sätt att komma ihåg beställningen, använd akronymen ROYGBIV, uttalad roy-gee-biv, eller prova den här minnesmärken: ROYGave BettiViolets.
Våglängdsfrekvensen ökar när du går över regnbågen från rött till violett. Detta innebär att energin hos de enskilda fotonerna - eller vågpaketen - också ökar, eftersom de två är direkt relaterade av Plancks lag.