محاكي تشتت الضوء في المنشور

لماذا يقسم المنشور الضوء الأبيض إلى قوس قزح؟

الضوء الأبيض مزيج من جميع الألوان. عندما يدخل الزجاج، تتباطأ سرعته وينحني مساره، ويعتمد مقدار ذلك على اللون: يتباطأ الضوء البنفسجي أكثر من الضوء الأحمر، لذا ينحني أكثر. يُسمى هذا التشتت. ينحني الضوء مرتين بفعل المنشور: مرة عند دخوله ومرة عند خروجه، لذلك يخرج كل لون بزاوية مختلفة، فتتسع الحزمة لتكوّن طيفًا. وقد فصل إسحاق نيوتن ضوء الشمس بهذه الطريقة في ستينيات القرن السابع عشر، وتفعل قطرات المطر الشيء نفسه عندما تكوّن قوس قزح.

وصف الأداة

تحاكي أداة محاكاة تشتت الضوء في المنشور مسار حزمة من الضوء الأبيض عبر منشور، بطول موجي واحد كل 2 nm، من البنفسجي (400 nm) إلى الأحمر (700 nm). اختر مادة المنشور، ثم حرّك أشرطة التمرير لتغيير زاوية الرأس، وهي الزاوية عند قمة المنشور، وزاوية السقوط، وهي الزاوية بين الحزمة والخط المتقطع العمودي على وجه المنشور. تظل الحزمة بيضاء ما دامت الألوان متداخلة، ثم تتحول إلى قوس قزح عندما تتباعد.

أسفل الرسم، ستجد معامل الانكسار وزاوية الانحراف للضوء الأحمر والبنفسجي، إضافة إلى التباعد الطيفي، أي الزاوية بينهما. تستند معاملات الانكسار إلى صيغ تشتت منشورة: بيانات كتالوج SCHOTT للزجاج التاجي وزجاج الصوان وزجاج الصوان الكثيف، وملاءمات للقياسات المنشورة للماء والسيليكا المنصهرة والأكريليك والألماس.

عندما يصطدم الضوء بالوجه البعيد للمنشور بزاوية شديدة الانحدار، لا يستطيع الخروج وينعكس إلى الداخل. يُسمى هذا الانعكاس الكلي الداخلي. يوضح الرسم مسار الضوء، وتخبرك الأداة بالزاوية التي ينبغي تغييرها للسماح له بالخروج.

الميزات

• تتبع الأشعة باستخدام قانون سنيل والانعكاس الكلي الداخلي عند كل وجه
• سبع مواد للمنشور، من الماء إلى الألماس
• معامل الانكسار والانحراف والتباعد الطيفي للضوء الأحمر والبنفسجي

مقدار تشتت منشور بزاوية 60° للألوان

عند زاوية الانحراف الأدنى، حيث تعبر الحزمة المنشور موازيةً لقاعدته:

يشتت زجاج الصوان الألوان أكثر بكثير من الزجاج التاجي، ولهذا تستخدم أجهزة التحليل الطيفي مناشير زجاج الصوان. يكسر الألماس الضوء بقوة شديدة، بحيث لا يخرج أي ضوء إطلاقًا من منشور ألماس بزاوية 60°. جرّب زاوية رأس مقدارها 40° مع زاوية سقوط أكبر من 45°.