Sken ett ljus genom ett prisma, eller häng ett i fönstret på en solig dag, och du får se en regnbåge. Det är samma regnbåge du ser på himlen, eftersom varje regndropp på en dag med en blandning av regn och sol verkar som en miniatyrprisma. För fysiker som diskuterar huruvida ljus är en våg eller partikel, är detta fenomen ett starkt argument för den tidigare. Faktum är att experiment med prismer var centrala för Issac Newtons formulering av teorin om optik och ljusets vågform.

TL; DR (för länge, läste inte)

Vitt ljus bryts när den passerar genom ett prisma. Varje våglängd bryts i en annan vinkel och det framväxande ljuset bildar en regnbåge.

Brytning och regnbågen

Brytning är ett fenomen som händer när en stråle av vitt ljus passerar genom gränssnittet mellan luft och ett tätare medium, såsom glas eller vatten. Ljus reser långsammare i ett tätare medium, så det ändrar riktning - eller bryts - när det passerar gränssnittet. Vitt ljus är en blandning av alla våglängder av ljus och varje våglängd bryts i en något annorlunda vinkel. Därför, när strålen framträder från det tätare mediet har det delats in i dess komponentvåglängder. De som du kan se utgör den välbekanta regnbågen.

Refraktionsindex

Refraktionsvinkeln i ett visst medium definieras av dess brytningsindex, vilket är en egenskap som härrör från att dela upp ljusets hastighet i vakuum med ljusets hastighet i det speciella mediet. 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 Snell's Law, namngavs för 1700-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, vilket varierar direkt med materialets densitet. Du kan även se en regnbåge när ljus passerar från vatten genom en klar kristall eller en bit av glas och tillbaka i vatten.

Rainbow regnbågar

Även om vi traditionellt identifierar en regnbåge med sju komponentfärger , det är faktiskt ett kontinuum utan några diskreta gränser från en nyans till nästa. Det var Newton, som skiljaktigt splittrade spektret i sju färger med hänsyn till de gamla grekerna, som trodde att sju skulle vara ett mystiskt nummer. Färgerna är i ordning från längsta våglängd till kortast, röd, orange, gul, grön, blå, indigo och violett. Om du letar efter ett sätt att komma ihåg ordningen, använd akronymen ROYGBIV, uttalad roy-gee-biv, eller prova den här mnemonic: ROY Gav Betti Violets.

Våglängdsfrekvensen ökar när du går över regnbåge från röd till violett. Detta betyder att enskilda fotons energi - eller vågpaket - ökar också, eftersom de två är direkt relaterade till Plancks lag.