Simulator für die Lichtdispersion im Prisma

Warum spaltet ein Prisma weißes Licht in einen Regenbogen auf?

Weißes Licht ist eine Mischung aus allen Farben. Wenn es in Glas eintritt, wird es langsamer und gebrochen. Wie stark, hängt von der Farbe ab: Violettes Licht wird stärker verlangsamt als rotes Licht und daher stärker gebrochen. Das nennt man Dispersion. Ein Prisma bricht das Licht zweimal: beim Eintritt und beim Austritt. Dadurch tritt jede Farbe in einem eigenen Winkel aus, und der Lichtstrahl fächert sich zu einem Spektrum auf. Isaac Newton spaltete in den 1660er-Jahren auf diese Weise Sonnenlicht auf. Regentropfen tun dasselbe, wenn sie einen Regenbogen erzeugen.

Werkzeugbeschreibung

Der Simulator zur Lichtdispersion am Prisma verfolgt einen Strahl aus weißem Licht durch ein Prisma und berücksichtigt dabei jeweils eine Wellenlänge pro 2 nm – von Violett (400 nm) bis Rot (700 nm). Wähle das Prismenmaterial und bewege dann die Schieberegler, um den Spitzenwinkel – den Winkel an der Spitze des Prismas – und den Einfallswinkel zu ändern. Der Einfallswinkel ist der Winkel zwischen dem Strahl und der gestrichelten Linie, die senkrecht zur Prismenfläche steht. Der Strahl bleibt weiß, solange sich seine Farben überlagern, und wird zum Regenbogen, wenn sie sich voneinander entfernen.

Unter der Abbildung werden der Brechungsindex und der Ablenkwinkel für rotes und violettes Licht sowie die Spektralspreizung angezeigt, also der Winkel zwischen beiden. Die Brechungsindizes stammen aus veröffentlichten Dispersionsformeln: aus Katalogdaten von SCHOTT für Kronenglas, Flintglas und Schwerflintglas sowie aus Anpassungen an veröffentlichte Messwerte für Wasser, Quarzglas, Acryl und Diamant.

Wenn das Licht in einem zu großen Winkel auf die gegenüberliegende Prismenfläche trifft, kann es nicht austreten und wird ins Innere zurückgeworfen. Das nennt man Totalreflexion. Die Abbildung zeigt, wohin das Licht gelenkt wird, und das Werkzeug gibt an, welchen Winkel du ändern musst, damit es austreten kann.

Funktionen

• Strahlenverfolgung mit dem Snelliusschen Gesetz und Totalreflexion an jeder Prismenfläche
• Sieben Prismenmaterialien – von Wasser bis Diamant
• Brechungsindex, Ablenkung und Spektralspreizung für rotes und violettes Licht

Wie stark ein 60°-Prisma die Farben auffächert

Beim Winkel der minimalen Ablenkung, bei dem der Strahl das Prisma parallel zu seiner Grundfläche durchquert:

Flintglas fächert die Farben viel stärker auf als Kronenglas. Deshalb werden in Spektroskopen Prismen aus Flintglas verwendet. Diamant bricht Licht so stark, dass bei einem 60°-Diamantprisma überhaupt kein Licht austritt. Probiere einen Spitzenwinkel von 40° und einen Einfallswinkel über 45° aus.