Symulator rozszczepienia światła w pryzmacie

Dlaczego pryzmat rozszczepia białe światło na tęczę?

Białe światło jest mieszaniną wszystkich barw. Gdy wpada do szkła, zwalnia i zmienia kierunek, a stopień tej zmiany zależy od barwy: światło fioletowe zwalnia bardziej niż czerwone, dlatego silniej zmienia kierunek. Zjawisko to nazywa się dyspersją. Pryzmat zmienia kierunek światła dwukrotnie — przy wejściu i przy wyjściu — dlatego każda barwa opuszcza go pod innym kątem, a wiązka rozdziela się na widmo. Isaac Newton rozszczepił w ten sposób światło słoneczne w latach 60. XVII wieku. To samo dzieje się w kroplach deszczu, gdy powstaje tęcza.

Opis narzędzia

Symulator dyspersji światła w pryzmacie śledzi białą wiązkę przechodzącą przez pryzmat, uwzględniając kolejne długości fali co 2 nm — od fioletu (400 nm) do czerwieni (700 nm). Wybierz materiał pryzmatu, a następnie przesuń suwaki, aby zmienić kąt wierzchołkowy, czyli kąt u góry pryzmatu, oraz kąt padania, czyli kąt między wiązką a przerywaną linią prostopadłą do powierzchni pryzmatu. Wiązka pozostaje biała, gdy jej barwy się pokrywają, i zmienia się w tęczę, gdy zaczynają się rozdzielać.

Pod diagramem wyświetlane są współczynniki załamania oraz kąty odchylenia światła czerwonego i fioletowego, a także rozpiętość widma, czyli kąt między tymi barwami. Współczynniki załamania obliczono na podstawie opublikowanych wzorów dyspersyjnych: danych z katalogu SCHOTT dla szkła koronowego, szkła flintowego i ciężkiego szkła flintowego oraz dopasowań do opublikowanych pomiarów dla wody, krzemionki topionej, akrylu i diamentu.

Gdy światło pada na dalszą powierzchnię pryzmatu pod zbyt dużym kątem, nie może się z niego wydostać i odbija się wewnątrz. To zjawisko nazywa się całkowitym wewnętrznym odbiciem. Diagram pokazuje, w którym kierunku biegnie światło, a narzędzie podpowiada, który kąt zmienić, aby umożliwić mu wyjście z pryzmatu.

Funkcje

• Śledzenie promieni z zastosowaniem prawa Snelliusa i uwzględnieniem całkowitego wewnętrznego odbicia na każdej powierzchni
• Siedem materiałów pryzmatu — od wody po diament
• Współczynnik załamania, kąt odchylenia i rozpiętość widma dla światła czerwonego i fioletowego

Jak pryzmat o kącie 60° rozszczepia barwy

Dla kąta minimalnego odchylenia, przy którym wiązka przechodzi przez pryzmat równolegle do jego podstawy:

Szkło flintowe rozszczepia barwy znacznie silniej niż szkło koronowe, dlatego w spektroskopach stosuje się pryzmaty ze szkła flintowego. Diament tak silnie załamuje światło, że z pryzmatu diamentowego o kącie 60° nie wydostaje się ono wcale. Spróbuj ustawić kąt wierzchołkowy na 40° i kąt padania powyżej 45°.