プリズム光分散シミュレーター

プリズムはなぜ白色光を虹色に分けるのですか？

白色光は、あらゆる色の光が混ざったものです。光がガラスに入ると速度が遅くなり、進む向きが変わります。その変化の度合いは色によって異なります。紫色の光は赤色の光よりも大きく減速するため、より大きく曲がります。これを分散といいます。プリズムは光が入るときと出るときの2回、光を曲げます。そのため、それぞれの色は異なる角度で出ていき、光線が扇状に広がってスペクトルになります。1660年代、アイザック・ニュートンはこの方法で太陽光を分けました。雨滴が虹を作るときにも、同じことが起きています。

ツールの説明

プリズム光分散シミュレーターは、白色光の光線がプリズムを通過する様子を追跡します。紫色（400 nm）から赤色（700 nm）まで、2 nm刻みで波長を扱います。プリズムの素材を選び、スライダーを動かして頂角（プリズムの頂点の角度）と入射角（光線と、プリズムの面に垂直な破線との間の角度）を変更します。色が重なっている間、光線は白く見えます。色が離れるにつれて、虹色に分かれていきます。

図の下には、赤色光と紫色光の屈折率と偏角、およびスペクトルの広がり（両者の間の角度）が表示されます。屈折率の算出には、公表された分散式を使用しています。クラウンガラス、フリントガラス、重フリントガラスにはSCHOTTカタログのデータを使用し、水、溶融石英、アクリル、ダイヤモンドには公表された測定値に基づく近似式を使用しています。

光がプリズムの反対側の面に急な角度で当たると、外に出られず、内部に反射して戻ります。これが全反射です。図には光が進む方向が示され、光を外に出すためにどの角度を変更すればよいかも表示されます。

特徴

• スネルの法則に基づく光線追跡と、各面での全反射の計算
• 水からダイヤモンドまで、7種類のプリズム素材
• 赤色光と紫色光の屈折率、偏角、スペクトルの広がり

頂角60°のプリズムによる色の広がり

最小偏角のとき（プリズム内を進む光線が底辺と平行になるとき）：

フリントガラスはクラウンガラスよりも色を大きく分散させます。そのため、分光器にはフリントガラスのプリズムが使われます。ダイヤモンドは光を非常に強く曲げるため、頂角60°のダイヤモンドプリズムからは光がまったく出てきません。頂角を40°にし、入射角を45°より大きくしてみてください。