Mi okozza a fehér fény szétszóródását?

Tartalom

• Refrakció és diffrakció akkor fordul elő, mert a fény egy hullám
• Gondolj a fényre mint az elektromágneses energia impulzusaira
• Miért diszpergálja a prizma a spektrumot képező fehér fényt?
• Mi különös a háromszögprizmáról?
• A vízcseppek úgy viselkedhetnek, mint a prizmák, hogy szivárványt képezzenek

A fény jellege az 1600-as években komoly vita volt a tudományban, és a vihar közepette a prizmák álltak. Egyes tudósok szerint a fény hullám jelenség, mások szerint részecske. Az angol fizikus és matematikus, Sir Isaac Newton az egykori táborban volt - vitathatatlanul annak vezetője -, míg Christiaan Huygens holland filozófus vezette az ellenzéket.

A vita végül kompromisszumot eredményezett, miszerint a fény egyaránt hullám és részecske. Ez a megértés addig nem volt lehetséges, amíg a kvantumelméletet az 1900-as években be nem vezetik, és közel 300 évig a tudósok folytattak kísérleteket, hogy megerősítsék álláspontjukat. Az egyik legfontosabb érintett prizma.

Az a tény, hogy egy prizma eloszlatja a spektrumot képező fehér fényt, mind a hullám, mind a corpuscular elmélettel magyarázható. Most, hogy a tudósok tudják, hogy a fény ténylegesen fotonoknak nevezett hullámjellemzőjű részecskékből áll, jobban tudják, mi okozza a fény szétszóródását, és kiderül, hogy inkább a hullám tulajdonságaival, mint a corpuscularis tulajdonságokkal kapcsolatos.

Refrakció és diffrakció akkor fordul elő, mert a fény egy hullám

A fénytörés ez az oka annak, hogy egy prizma eloszlatja a fehér fényt, és így spektrumot képez. A refrakció azért fordul elő, mert egy sűrű közegben, például üvegben a fény lassabban halad, mint a levegőben. A spektrum kialakítása, amelyből a szivárvány a látható alkotóelem, azért lehetséges, mert a fehér fény valójában egész hullámhossztartományú fotonokból áll, és az egyes hullámhosszok eltérő szögben tükröződnek.

A diffrakció egy olyan jelenség, amely akkor fordul elő, amikor a fény áthalad egy nagyon keskeny résen. Az egyes fotonok úgy viselkednek, mint egy vízhullám, amely áthalad a keskeny nyíláson a tengerfalon. Amint a hullámok áthaladnak a nyíláson, meghajolnak a sarkok körül és szétszóródnak, és ha hagyod, hogy a hullámok egy képernyőre sztrájkoljanak, akkor világos és sötét vonalak mintázatát kapják, diffrakciós mintázatnak nevezik. A vonal elválasztása a diffrakciós szög, a beeső fény hullámhosszának és a rés szélességének függvénye.

A diffrakció egyértelmûen egy hullám jelenség, de a refrakciót a részecskék terjedésének eredményeként magyarázhatja, ahogyan Newton tette. Ahhoz, hogy pontos képet kapjon a ténylegesen bekövetkező eseményekről, meg kell értenie, mi a fény valójában és hogyan működik együtt azzal a közeggel, amelyen keresztül halad.

Gondolj a fényre mint az elektromágneses energia impulzusaira

Ha a fény valódi hullám lenne, akkor szüksége van egy közegre, amelyen keresztül tudott utazni, és az univerzumot egy szellemi anyaggal kell megtölteni, amelyet éternek hívnak, amint Arisztotelész hitte. A Michelson-Morley kísérlet bizonyította, hogy ilyen éter-éter nem létezik. Kiderül, hogy valójában nincs szükség a fényterjedés magyarázatára, bár a fény néha hullámként viselkedik.

A fény elektromágneses jelenség. A változó elektromos mező mágneses mezőt hoz létre, és fordítva, és a változások frekvenciája olyan impulzusokat hoz létre, amelyek fénysugarat képeznek. A fény állandó sebességgel halad át, ha vákuumon halad keresztül, de ha egy közegen halad, az impulzusok kölcsönhatásba lépnek a közegben lévő atomokkal, és a hullám sebessége csökken.

Minél sűrűbb a közeg, annál lassabban halad a sugár. A beesési sebesség aránya (v_én) és refraktált (v_R) a fény egy állandó (n), amelyet felület refrakciós mutatójának hívnak:

n = v_én/ v_R

Miért diszpergálja a prizma a spektrumot képező fehér fényt?

Amikor egy fénysugár megüti a két adathordozó közötti felületet, akkor megváltozik az irány, és a változás mértéke n-től függ. Ha a beesési szög: θ_én, és a refrakciós szög és θ_R, a szögek arányát: Snells törvény:

sinθ_R/ sinθ_én = n

Van még egy puzzle-darab, amelyet figyelembe kell venni. A hullám sebessége a frekvencia, a hullámhossz és a frekvencia szorzata f a fény nem változik, amikor áthalad az interfészen. Ez azt jelenti, hogy a hullámhossznak meg kell változnia, hogy megőrizze a jelölt arányt n. A rövidebb hullámhosszúságú fényt nagyobb szögben törik, mint a hosszabb hullámhosszú fényt.

A fehér fény a fotonok fényének kombinációja az összes lehetséges hullámhosszon. A látható spektrumban a vörös fény a leghosszabb hullámhosszú, ezt követi narancs, sárga, zöld, kék, indigó és ibolya (ROYGBIV). Ezek a szivárvány színei, de csak háromszög alakú prizmából láthatja őket.

Mi különös a háromszögprizmáról?

Amikor a fény egy kevésbé sűrűbbről egy sűrűbb közegre halad, mint ahogyan a prizma belép, akkor a rész hullámhosszaira osztódik. Ezek akkor kombinálódnak, amikor a fény kilép a prizmából, és ha a két prizma felülete párhuzamos, akkor egy megfigyelő látja, hogy fehér fény lép fel. Valójában, közelebbi vizsgálat során egy vékony piros vonal és egy vékony lila vonal látható. Bizonyítékok a kissé eltérő szétszóródási szögekről, amelyeket a prizma anyagában a fénysugár lelassulása okoz.

Ha a prizma háromszög alakú, a beesési szögek a sugár belépésekor és a prizmából való eltérésekor eltérőek, tehát a törés szöge is eltérő. Ha a prizmát megfelelő szögben tartja, láthatja az egyes hullámhosszok által létrehozott spektrumot.

A beeső és a megjelenő sugár szöge közötti különbséget az eltérés szögének nevezzük. Ez a szög lényegében nulla minden hullámhosszon, ha a prizma téglalap alakú. Amikor az arcok párhuzamosak, az egyes hullámhosszok saját jellegzetes eltérési szögükkel lépnek fel, és a megfigyelt szivárvány sávok szélessége növekszik, a prizmától való távolság növekedésével.

A vízcseppek úgy viselkedhetnek, mint a prizmák, hogy szivárványt képezzenek

Kétségkívül látott egy szivárványt, és kíváncsi lehet, miért láthatja csak akkor, ha a nap mögött áll, és adott szögben van a felhőkhöz vagy esőzuhanyhoz. A fény nem tör el egy vízcsepp belsejében, de ha ez az egész történet, akkor a víz közted és a nap között lenne, és nem az, ami általában történik.

A prizmáktól eltérően a vízcseppek kerek. A beeső napfény megtöri a levegő / víz felületet, és némelyikük áthalad és felbukkan a másik oldalról, de ez nem a szivárványt előállító fény. A fény egy része a vízcsepp belsejében visszatükröződik, és a csepp ugyanazon oldaláról származik. A szivárványt előállító fény.

A napfény lefelé halad. A fény az eső bármely részéből kiléphet, de a legnagyobb koncentráció eltérési szöge körülbelül 40 fok. Az olyan cseppek gyűjteménye, amelyekből a fény ebből a szögből kilép, kör alakú ívet képez az égen. Ha láthatná a szivárványt egy repülőgépből, akkor láthatna egy teljes kört, de a talajtól a kör felét levágja, és csak a tipikus félkör alakú ív látható.