İçerik
- Işık Dalga Olduğundan Kırılma ve Kırınım Oluşur
- Işığı Elektromanyetik Enerji Darbeleri Olarak Düşünün
- Neden Bir Prizma Spektrum Oluşturan Beyaz Işığı Dağıtır?
- Üçgen Prizma Hakkında Özel Neler Var?
- Su Damlacıkları Gökkuşağı Oluyor Prizma Gibi Olabilir
Işığın doğası, 1600'lerde bilimlerde büyük bir tartışma oldu ve prizmalar fırtınanın merkezinde idi. Bazı bilim adamları ışığın bir dalga olayı olduğuna inanıyorlardı ve bazıları bunun bir parçacık olduğunu düşünüyordu. İngiliz fizikçi ve matematikçi Sir Isaac Newton eski kamptaydı - tartışmasız liderdi - Hollandalı filozof Christiaan Huygens muhalefetin başına geçti.
Tartışma nihayetinde ışığın hem dalga hem de parçacık olduğu konusunda uzlaşmayla sonuçlandı. Bu anlayış, 1900'lerde kuantum teorisinin ortaya çıkmasına kadar mümkün değildi ve neredeyse 300 yıl boyunca, bilim adamları görüşlerini doğrulamak için deneyler yapmaya devam ettiler. En önemlilerinden biri de prizmalardan.
Bir prizmanın, bir spektrum oluşturan beyaz ışığı dağıttığı gerçeği hem dalga hem de corpuscular teorisi ile açıklanabilir. Artık bilim adamları ışığın aslında foton denilen dalga özelliklerine sahip parçacıklardan oluştuğunu biliyorlar, ışığın dağılmasına neden olan şey hakkında daha iyi fikirleri var ve bunun dalga özellikleriyle ilgili olanların, göze çarpanlara göre daha fazla olduğu ortaya çıktı.
Işık Dalga Olduğundan Kırılma ve Kırınım Oluşur
ışığın kırılması prizmanın neden beyaz ışık yaydığı, bir spektrum oluşturduğu. Kırılma, ışık, cam gibi yoğun bir ortamda havada olduğundan daha yavaş hareket ettiğinden gerçekleşir. Gökkuşağının görünür bileşeni olduğu bir spektrumun oluşması mümkündür, çünkü beyaz ışık aslında tüm dalga boylarına sahip fotonlardan oluşur ve her dalga boyu farklı bir açıda kırılır.
Kırınım, ışık çok dar bir yarıktan geçtiğinde ortaya çıkan bir olgudur. Bireysel fotonlar, deniz duvarındaki dar bir açıklıktan geçen su dalgaları gibi davranır. Dalgalar açıklıktan geçerken, köşelerin etrafında bükülür ve yayılırlar ve eğer dalgaların bir ekrana çarpmasına izin verirseniz, kırınım modeli denilen açık ve koyu renkli bir desen üretecektir. Çizgi ayrılması kırınım açısının, gelen ışığın dalga boyunun ve yarığın genişliğinin bir fonksiyonudur.
Kırınım açıkça bir dalga olayıdır, ancak Newton'un yaptığı gibi parçacıkların yayılmasının bir sonucu olarak kırılmayı açıklayabilirsiniz. Neyin gerçekleştiği hakkında kesin bir fikir edinmek için, ışığın gerçekte ne olduğunu ve içinden geçtiği ortamla nasıl etkileşimde bulunduğunu anlamanız gerekir.
Işığı Elektromanyetik Enerji Darbeleri Olarak Düşünün
Işık gerçek bir dalga olsaydı, içinden geçeceği bir ortama ihtiyaç duyardı ve evrenin Aristoteles'in inandığı gibi eter adı verilen hayalet bir maddeyle doldurulması gerekirdi. Michelson-Morley deneyi, böyle bir eter eter bulunmadığını kanıtladı. Işık bazen bir dalga gibi görünse de, ışığın yayılımını açıklamanın gerekmediği ortaya çıkıyor.
Işık elektromanyetik bir fenomendir. Değişen bir elektrik alanı manyetik bir alan yaratır ve bunun tersi de geçerlidir ve değişikliklerin sıklığı bir ışık demeti oluşturan darbeleri oluşturur. Işık bir vakumdan geçerken sabit bir hızda hareket eder, ancak bir ortamdan geçerken darbeler ortamdaki atomlarla etkileşime girer ve dalganın hızı düşer.
Ortam ne kadar yoğun olursa, ışın o kadar yavaş hareket eder. Olayın hızlarının oranı (vben) ve kırılmış (vR,) Işık, arabirim için kırılma indisi adı verilen bir sabittir (n):
n = vben/ hR,
Neden Bir Prizma Spektrum Oluşturan Beyaz Işığı Dağıtır?
Bir ışık huzmesi iki medya arasındaki arayüze çarptığında yön değiştirir ve değişiklik miktarı n'ye bağlıdır. İnsidans açısı θbenve kırılma açısı ve θR,açıların oranı Snell Yasası:
sinθR,/ sinθben = n
Dikkate alınması gereken bir bulmaca daha var. Bir dalganın hızı, frekansının ve dalga boyunun ve frekansın bir ürünüdür. f ışığın arayüzü geçtiği gibi değişmez. Bu, dalga boyunun, belirtilen oranı korumak için değişmesi gerektiği anlamına gelir. n. Daha kısa bir dalga boyuna sahip olan ışık, daha uzun bir dalga boyuna sahip olan ışıktan daha büyük bir açıda kırılır.
Beyaz ışık, tüm foton dalga boylarıyla fotonların bir kombinasyonudur. Görünür spektrumda, kırmızı ışık en uzun dalga boyuna sahiptir, ardından turuncu, sarı, yeşil, mavi, çivit ve menekşe (ROYGBIV). Bunlar gökkuşağının renkleri, ancak onları yalnızca üçgen bir prizmadan göreceksiniz.
Üçgen Prizma Hakkında Özel Neler Var?
Işık daha az yoğun bir ortamdan daha yoğun bir ortama geçtiğinde, bir prizmaya girdiğinde olduğu gibi, bileşen dalga boylarına ayrılır. Işık, prizmadan çıktığında yeniden birleşir ve iki prizmanın birbirine paralel olması durumunda, bir gözlemci beyaz ışığın ortaya çıktığını görür. Aslında, daha yakından incelendiğinde, ince bir kırmızı çizgi ve ince bir mor çizgi görülebilir. Prizma maddesindeki ışık huzmesinin yavaşlamasından kaynaklanan hafif farklı dağılım açılarının kanıtıdırlar.
Prizma üçgen olduğunda, kirişe girip çıkarken insidansın açıları farklıdır, bu nedenle kırılma açıları da farklıdır. Prizmayı uygun açıda tuttuğunuzda, bireysel dalga boylarının oluşturduğu spektrumu görebilirsiniz.
Olay kirişinin açısı ile çıkan kirişin açısı arasındaki farka sapma açısı denir. Bu açı, prizma dikdörtgen olduğunda, tüm dalga boyları için esasen sıfırdır. Yüzler paralel olmadığında, her dalga boyu kendi karakteristik sapma açısıyla ortaya çıkar ve gözlemlenen gökkuşağının bantları prizmadan uzaklaştıkça genişler.
Su Damlacıkları Gökkuşağı Oluyor Prizma Gibi Olabilir
Kuşkusuz bir gökkuşağı gördünüz ve neden sadece güneş arkanızdayken ve bulutlara ya da yağmur duşuna belirli bir açıda olduğunuzda onları görebildiğinizi merak ediyor olabilirsiniz. Işık bir su damlasının içinde kırılır, ama bütün hikaye bu olsaydı, su seninle güneş arasında olurdu, ve tipik olarak olan şey bu değildi.
Prizmaların aksine, su damlacıkları yuvarlaktır. Olay güneş ışığı, hava / su arayüzünde kırılır ve bir kısmı diğer taraftan geçer ve diğer taraftan çıkar, fakat bu gökkuşağı üreten ışık değildir. Işığın bir kısmı su damlacıklarının içine yansır ve damlacıkların aynı tarafından ortaya çıkar. Gökkuşağını üreten ışık budur.
Güneşten gelen ışığın aşağı doğru bir yörüngesi vardır. Işık, yağmur damlasının herhangi bir yerinden çıkabilir, ancak en büyük konsantrasyon yaklaşık 40 derecelik bir sapma açısına sahiptir. Işığın bu belirli açıda ortaya çıktığı damlacıkların toplanması, gökyüzünde dairesel bir yay oluşturur. Gökkuşağını bir uçaktan görebilseydiniz, tam bir daire görebiliyordunuz, fakat yerden, dairenin yarısı kesiliyor ve sadece tipik yarım daire şeklindeki yayı görüyorsunuz.