Προσομοιωτής διασποράς του φωτός σε πρίσμα

Γιατί ένα πρίσμα διαχωρίζει το λευκό φως σε ουράνιο τόξο;

Το λευκό φως είναι ένα μείγμα όλων των χρωμάτων. Όταν εισέρχεται στο γυαλί, επιβραδύνεται και αλλάζει πορεία, ενώ ο βαθμός αυτής της αλλαγής εξαρτάται από το χρώμα: το ιώδες φως επιβραδύνεται περισσότερο από το κόκκινο, οπότε αλλάζει περισσότερο πορεία. Αυτό ονομάζεται διασπορά. Ένα πρίσμα αλλάζει δύο φορές την πορεία του φωτός, μία κατά την είσοδο και μία κατά την έξοδο, με αποτέλεσμα κάθε χρώμα να εξέρχεται με διαφορετική γωνία και η δέσμη να απλώνεται σχηματίζοντας ένα φάσμα. Ο Ισαάκ Νεύτων διαχώρισε με αυτόν τον τρόπο το ηλιακό φως τη δεκαετία του 1660, ενώ το ίδιο κάνουν και οι σταγόνες της βροχής όταν σχηματίζουν ουράνιο τόξο.

Περιγραφή εργαλείου

Ο προσομοιωτής διασποράς φωτός σε πρίσμα παρακολουθεί τη διαδρομή μιας δέσμης λευκού φωτός μέσα από ένα πρίσμα, με ένα μήκος κύματος κάθε 2 nm από το ιώδες (400 nm) έως το κόκκινο (700 nm). Επιλέξτε το υλικό του πρίσματος και, στη συνέχεια, μετακινήστε τα ρυθμιστικά για να αλλάξετε τη γωνία κορυφής, δηλαδή τη γωνία στο πάνω μέρος του πρίσματος, και τη γωνία πρόσπτωσης, δηλαδή τη γωνία ανάμεσα στη δέσμη και τη διακεκομμένη γραμμή που είναι κάθετη στην επιφάνεια του πρίσματος. Η δέσμη παραμένει λευκή όσο τα χρώματά της επικαλύπτονται και μετατρέπεται σε ουράνιο τόξο καθώς αυτά απομακρύνονται μεταξύ τους.

Κάτω από το διάγραμμα εμφανίζονται ο δείκτης διάθλασης και η γωνία εκτροπής του κόκκινου και του ιώδους φωτός, καθώς και το γωνιακό εύρος του φάσματος, δηλαδή η γωνία ανάμεσά τους. Οι δείκτες διάθλασης προκύπτουν από δημοσιευμένους τύπους διασποράς: δεδομένα από τον κατάλογο SCHOTT για υαλί crown, υαλί flint και βαρύ υαλί flint, καθώς και προσαρμογές σε δημοσιευμένες μετρήσεις για το νερό, το τηγμένο πυρίτιο, το ακρυλικό και το διαμάντι.

Όταν το φως συναντά την απέναντι επιφάνεια του πρίσματος με υπερβολικά μεγάλη γωνία, δεν μπορεί να εξέλθει και ανακλάται πίσω στο εσωτερικό. Αυτό ονομάζεται ολική εσωτερική ανάκλαση. Το διάγραμμα δείχνει προς τα πού κατευθύνεται το φως, ενώ το εργαλείο σάς ενημερώνει ποια γωνία πρέπει να αλλάξετε για να μπορέσει να εξέλθει.

Χαρακτηριστικά

• Ανίχνευση ακτίνων με τον νόμο του Snell και ολική εσωτερική ανάκλαση σε κάθε επιφάνεια
• Επτά υλικά πρίσματος, από το νερό έως το διαμάντι
• Δείκτης διάθλασης, εκτροπή και γωνιακό εύρος φάσματος για το κόκκινο και το ιώδες φως

Πόσο διαχωρίζει τα χρώματα ένα πρίσμα 60°

Στη γωνία ελάχιστης εκτροπής, όπου η δέσμη διασχίζει το πρίσμα παράλληλα προς τη βάση του:

Το υαλί flint διαχωρίζει τα χρώματα πολύ περισσότερο από το υαλί crown, γι’ αυτό και τα φασματοσκόπια χρησιμοποιούν πρίσματα από υαλί flint. Το διαμάντι διαθλά το φως τόσο έντονα, ώστε δεν εξέρχεται καθόλου φως από ένα διαμαντένιο πρίσμα 60°. Δοκιμάστε γωνία κορυφής 40° και γωνία πρόσπτωσης μεγαλύτερη από 45°.