Simulatore della dispersione della luce nel prisma

Perché un prisma scompone la luce bianca in un arcobaleno?

La luce bianca è una miscela di tutti i colori. Quando entra nel vetro, rallenta e cambia direzione; l’entità di questo effetto dipende dal colore: la luce violetta rallenta più di quella rossa, quindi cambia direzione maggiormente. Questo fenomeno si chiama dispersione. Un prisma devia la luce due volte, una quando entra e una quando esce: così ogni colore emerge con un angolo diverso e il fascio si allarga formando uno spettro. Negli anni ’60 del Seicento, Isaac Newton scompose la luce solare in questo modo; anche le gocce di pioggia fanno lo stesso quando formano un arcobaleno.

Descrizione dello strumento

Il simulatore della dispersione della luce in un prisma traccia un fascio di luce bianca attraverso un prisma, mostrando una lunghezza d’onda ogni 2 nm, dal violetto (400 nm) al rosso (700 nm). Scegli il materiale del prisma, poi sposta i cursori per modificare l’angolo al vertice, cioè l’angolo nella parte superiore del prisma, e l’angolo di incidenza, cioè l’angolo tra il fascio e la linea tratteggiata perpendicolare alla faccia del prisma. Il fascio rimane bianco mentre i colori si sovrappongono e diventa un arcobaleno man mano che si separano.

Sotto il diagramma trovi l’indice di rifrazione e l’angolo di deviazione della luce rossa e violetta, oltre all’ampiezza dello spettro, cioè l’angolo che le separa. Gli indici di rifrazione si basano su formule di dispersione pubblicate: dati del catalogo SCHOTT per il vetro crown, il vetro flint e il flint denso, e adattamenti di misurazioni pubblicate per acqua, silice fusa, acrilico e diamante.

Quando la luce raggiunge la faccia opposta del prisma con un’inclinazione troppo accentuata, non riesce a uscire e viene riflessa all’interno. Questo fenomeno si chiama riflessione interna totale. Il diagramma mostra dove va la luce e lo strumento indica quale angolo modificare per farla uscire.

Funzionalità

• Tracciamento dei raggi con la legge di Snell e riflessione interna totale su ogni faccia
• Sette materiali per i prismi, dall’acqua al diamante
• Indice di rifrazione, deviazione e ampiezza dello spettro per la luce rossa e violetta

Quanto un prisma a 60° allarga i colori

All’angolo di deviazione minima, quando il fascio attraversa il prisma parallelamente alla base:

Il vetro flint separa i colori molto più del vetro crown: per questo gli spettroscopi usano prismi in vetro flint. Il diamante devia la luce così fortemente che da un prisma di diamante a 60° non riesce a uscire alcuna luce. Prova un angolo al vertice di 40° con un angolo di incidenza superiore a 45°.