Işığın doğası 1600'lerde bilimlerde büyük bir tartışma konusuydu ve prizmalar fırtınanın merkezindeydi. Bazı bilim adamları ışığın bir dalga fenomeni olduğuna, bazıları ise bir parçacık olduğuna inanıyordu. İngiliz fizikçi ve matematikçi Sir Isaac Newton eski kamptaydı - muhtemelen lideriydi - Hollandalı filozof Christiaan Huygens muhalefete öncülük etti.
Tartışma sonunda ışığın hem dalga hem de parçacık olduğu uzlaşmasıyla sonuçlandı. Bu anlayış 1900'lerde kuantum teorisinin ortaya çıkışına kadar mümkün değildi ve neredeyse 300 yıl boyunca bilim adamları kendi bakış açılarını doğrulamak için deneyler yapmaya devam ettiler. En önemli ilgili prizmalardan biri.
Bir prizmanın beyaz ışığı dağıtarak bir spektrum oluşturması, hem dalga hem de parçacık teorisi ile açıklanabilir. Artık bilim adamları, ışığın aslında foton adı verilen dalga özelliklerine sahip parçacıklardan oluştuğunu bildiklerine göre, ışığın dağılmasına neyin sebep olduğuna dair daha iyi bir fikir ve bunun parçacıktan ziyade dalga özellikleriyle ilgisi olduğu ortaya çıktı. olanlar.
Işık Dalga Olduğu İçin Kırılma ve Kırınım Oluşur
ışığın kırılmasıprizmanın beyaz ışığı dağıtarak bir spektrum oluşturmasının nedeni budur. Kırılma, ışığın cam gibi yoğun bir ortamda havada olduğundan daha yavaş hareket etmesi nedeniyle oluşur. Gökkuşağının görünür bileşeni olduğu bir spektrumun oluşumu, beyaz ışık olduğu için mümkündür. aslında bir dizi dalga boyuna sahip fotonlardan oluşur ve her dalga boyu farklı bir oranda kırılır. açı.
Kırınım, ışık çok dar bir yarıktan geçtiğinde meydana gelen bir olgudur. Bireysel fotonlar, bir deniz duvarındaki dar bir açıklıktan geçen su dalgaları gibi davranırlar. Dalgalar açıklıktan geçerken köşelerden kıvrılarak yayılırlar ve eğer izin verirseniz dalgalar bir ekrana çarparsa, kırınım adı verilen açık ve koyu çizgilerden oluşan bir desen oluştururlar. Desen. Çizgi ayrımı, kırınım açısının, gelen ışığın dalga boyunun ve yarığın genişliğinin bir fonksiyonudur.
Kırınım açıkça bir dalga olgusudur, ancak Newton'un yaptığı gibi kırılmayı parçacıkların yayılmasının bir sonucu olarak açıklayabilirsiniz. Gerçekte ne olduğu hakkında doğru bir fikir edinmek için ışığın gerçekte ne olduğunu ve içinden geçtiği ortamla nasıl etkileşime girdiğini anlamanız gerekir.
Işığı Elektromanyetik Enerjinin Darbeleri Olarak Düşünün
Işık gerçek bir dalga olsaydı, içinden geçebileceği bir ortama ihtiyaç duyardı ve Aristoteles'in inandığı gibi evrenin eter adı verilen hayaletimsi bir maddeyle doldurulması gerekirdi. Ancak Michelson-Morley deneyi, böyle bir eter eterin olmadığını kanıtladı. Işık bazen bir dalga gibi davransa da, aslında ışığın yayılmasını açıklamak için gerekli olmadığı ortaya çıktı.
Işık elektromanyetik bir fenomendir. Değişen bir elektrik alanı bir manyetik alan oluşturur ve bunun tersi de geçerlidir ve değişikliklerin frekansı bir ışık demeti oluşturan darbeleri oluşturur. Işık bir boşlukta hareket ederken sabit bir hızla hareket eder, ancak bir ortamdan geçerken darbeler ortamdaki atomlarla etkileşime girer ve dalganın hızı azalır.
Ortam ne kadar yoğunsa, ışın o kadar yavaş hareket eder. Olay hızlarının oranı (vben) ve kırılmış (v$) ışık, arayüz için kırılma indisi olarak adlandırılan bir sabittir (n):
n=\frac{v_I}{v_R}
Bir Prizma Neden Beyaz Işığı Dağıtarak Spektrum Oluşturur?
Bir ışık demeti iki ortam arasındaki arayüze çarptığında yön değiştirir ve değişim miktarı n'ye bağlıdır. Gelme açısı iseθbenve kırılma açısı veθ$, açıların oranı ile verilirSnell Yasası:
n=\frac{\sin{\theta_R}}{\sin{\theta_I}}
Dikkate alınması gereken bir yapboz parçası daha var. Bir dalganın hızı, frekansının ve dalga boyunun ve frekansının bir ürünüdür.fArayüzden geçerken ışığın miktarı değişmez. Bu, dalga boyunun ile gösterilen oranı korumak için değişmesi gerektiği anlamına gelir.n. Daha kısa dalga boyuna sahip ışık, daha uzun dalga boyuna sahip ışıktan daha büyük bir açıyla kırılır.
Beyaz ışık, olası tüm dalga boylarına sahip fotonların ışığının bir kombinasyonudur. Görünür spektrumda kırmızı ışık en uzun dalga boyuna sahiptir ve onu turuncu, sarı, yeşil, mavi, çivit mavisi ve menekşe (ROYGBIV) takip eder. Bunlar gökkuşağının renkleri, ancak onları yalnızca üçgen prizmadan göreceksiniz.
Üçgen Prizmanın Özelliği Nedir?
Işık, bir prizmaya girdiğinde olduğu gibi, daha az yoğun bir ortamdan daha yoğun bir ortama geçtiğinde, bileşen dalga boylarına bölünür. Işık prizmadan çıktığında bunlar yeniden birleşir ve iki prizmanın yüzü paralelse, bir gözlemci beyaz ışığın ortaya çıktığını görür. Aslında daha yakından bakıldığında ince bir kırmızı çizgi ve ince bir mor çizgi görülüyor. Bunlar, prizma malzemesindeki ışık huzmesinin yavaşlamasının neden olduğu biraz farklı dağılım açılarının kanıtıdır.
Prizma üçgen olduğunda, ışın prizmaya girerken ve çıkarken gelme açıları farklıdır, dolayısıyla kırılma açıları da farklıdır. Prizmayı uygun açıda tuttuğunuzda, dalga boylarının oluşturduğu spektrumu görebilirsiniz.
Gelen ışının açısı ile ortaya çıkan ışının açısı arasındaki farka sapma açısı denir. Bu açı, prizma dikdörtgen olduğunda tüm dalga boyları için esasen sıfırdır. Yüzler paralel olmadığında, her dalga boyu kendi karakteristik sapma açısıyla ortaya çıkar ve gözlemlenen gökkuşağının bantları, prizmadan uzaklaştıkça genişlikte artar.
Su Damlacıkları Gökkuşağı Oluşturmak İçin Prizmalar Gibi Davranabilir
Şüphesiz bir gökkuşağı görmüşsünüzdür ve onları neden sadece güneş arkanızdayken ve bulutlara ya da yağmura karşı belirli bir açıda olduğunuzda görebildiğinizi merak ediyor olabilirsiniz. Işık bir su damlasının içinde kırılır, ancak tüm hikaye bu olsaydı, su sizinle güneş arasında olurdu ve tipik olarak böyle olmaz.
Prizmalardan farklı olarak su damlacıkları yuvarlaktır. Gelen güneş ışığı hava/su arayüzünde kırılır ve bir kısmı diğer taraftan geçer ve dışarı çıkar, ancak gökkuşaklarını üreten ışık bu değildir. Işığın bir kısmı su damlasının içinde yansır ve damlanın aynı tarafından çıkar. Gökkuşağını oluşturan ışık budur.
Güneşten gelen ışık aşağı doğru bir yörüngeye sahiptir. Işık, yağmur damlasının herhangi bir yerinden çıkabilir, ancak en büyük konsantrasyonun yaklaşık 40 derecelik bir sapma açısı vardır. Bu belirli açıda ışığın çıktığı damlacıklar topluluğu, gökyüzünde dairesel bir yay oluşturur. Gökkuşağını uçaktan görebilseydiniz, tam bir daire görebilirdiniz, ancak yerden, dairenin yarısı kesilmiş ve sadece tipik yarım daire yayı görebilirsiniz.