Tända ett ljus genom ett prisma, eller hänga ett i fönstret på en solig dag, så ser du en regnbåge. Det är samma regnbåge som du ser på himlen eftersom en dag med en blandning av regn och sol fungerar varje regndropp som ett miniatyrprisma. För fysiker som diskuterar om ljus är en våg eller partikel är detta fenomen ett starkt argument för det förra. I själva verket var experiment med prismor centrala för Issac Newtons formulering av teorin om optik och ljusets vågkaraktär.
TL; DR (för lång; läste inte) |
Vitt ljus bryter ut när det passerar genom ett prisma. Varje våglängd bryter i en annan vinkel, och det framväxande ljuset bildar en regnbåge.
Refraktion och regnbågen. medium, såsom glas eller vatten. Ljus rör sig långsammare i ett tätare medium, så det ändrar riktning - eller bryter - när det passerar genom gränssnittet. Vitt ljus är en blandning av alla ljusets våglängder, och varje våglängd bryter i en något annorlunda vinkel. Därför, när strålen kommer ut från det tätare mediet, har den delats upp i dess komponentvåglängder. De som du kan se utgör den bekanta regnbågen.
Refraktionsindex
Brytningsvinkeln i ett visst medium definieras av dess brytningsindex, som är en egenskap härledd genom att dela ljusets hastighet i ett vakuum med ljusets hastighet i det specifika mediet. När ljus passerar från ett medium till ett annat kan brytningsvinkeln härledas genom att dela brytningsindex för de två medierna. Detta förhållande är känt som Snells lag, uppkallad efter fysikern från 1600-talet 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 in i vatten.
Colors of Rainbow |
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 med hänsyn till de antika grekerna, som trodde att sju var ett mystiskt nummer. Färgerna är i ordning från längsta våglängd till kortaste, röd, orange, gul, grön, blå, indigo och violet. Om du letar efter ett sätt att komma ihåg beställningen, använd akronymen ROYGBIV, uttalad roy-gee-biv, eller prova detta mnemoniska: ROY gav Betti Violets.
Våglängdsfrekvensen ökar när du fortsätter över regnbåge från röd till violet. Detta innebär att energin från de enskilda fotonerna - eller vågpaketen - också ökar, eftersom de två är direkt relaterade till Plancks lag.
