Simulator voor lichtdispersie door een prisma

Waarom splitst een prisma wit licht in een regenboog?

Wit licht is een mengsel van alle kleuren. Wanneer het glas binnengaat, vertraagt het en buigt het af. Hoe sterk dat gebeurt, hangt af van de kleur: violet licht vertraagt sterker dan rood licht en buigt daardoor verder af. Dit heet dispersie. Een prisma buigt het licht twee keer af: eerst bij het binnengaan en daarna bij het verlaten van het prisma. Daardoor verlaat elke kleur het prisma onder een eigen hoek en spreidt de lichtbundel zich uit tot een spectrum. Isaac Newton splitste zonlicht op deze manier in de jaren 1660. Regendruppels doen hetzelfde wanneer ze een regenboog vormen.

Beschrijving van de tool

De simulator voor lichtdispersie in een prisma volgt een bundel wit licht door een prisma, met één golflengte per 2 nm, van violet (400 nm) tot rood (700 nm). Kies het materiaal van het prisma en verplaats vervolgens de schuifregelaars om de tophoek, de hoek bovenaan het prisma, en de invalshoek aan te passen. De invalshoek is de hoek tussen de lichtbundel en de stippellijn die loodrecht op het prismaoppervlak staat. De bundel blijft wit zolang de kleuren elkaar overlappen en verandert in een regenboog wanneer ze uit elkaar gaan.

Onder het diagram zie je de brekingsindex en de deviatiehoek van rood en violet licht, en de spectrale spreiding: de hoek tussen beide kleuren. De brekingsindices zijn gebaseerd op gepubliceerde dispersieformules: gegevens uit de SCHOTT-catalogus voor kroonglas, flintglas en zwaar flintglas, en fits op gepubliceerde metingen voor water, gesmolten silica, acryl en diamant.

Wanneer licht het verre prismaoppervlak onder een te steile hoek raakt, kan het niet naar buiten en wordt het naar binnen teruggekaatst. Dit heet totale interne reflectie. Het diagram laat zien waar het licht naartoe gaat, en de tool geeft aan welke hoek je moet aanpassen om het licht naar buiten te laten gaan.

Functies

• Straaltracering met de wet van Snell en totale interne reflectie op elk oppervlak
• Zeven prismamaterialen, van water tot diamant
• Brekingsindex, deviatie en spectrale spreiding voor rood en violet licht

Hoe sterk een prisma van 60° de kleuren spreidt

Bij de hoek van minimale deviatie, waarbij de lichtbundel het prisma evenwijdig aan het grondvlak doorkruist:

Flintglas spreidt de kleuren veel sterker dan kroonglas. Daarom gebruiken spectroscopen prisma's van flintglas. Diamant buigt licht zo sterk af dat er helemaal geen licht uit een diamantprisma van 60° komt. Probeer een tophoek van 40° met een invalshoek van meer dan 45°.