Dispersión de luz por prisma

La dispersión de la luz ocurre cuando la luz blanca se divide en sus matices constituyentes debido a la refracción y la ley de Snell. La luz blanca parece blanca simplemente porque contiene todos los matices del espectro visible. A pesar de su proximidad, el índice de refracción de cada color es distinto en materiales no vacíos. Debido a estos índices distintos, cada longitud de onda toma una ruta diferente.

La dispersión de la luz es la ruptura de la luz blanca en sus colores constituyentes como resultado del índice de refracción de la superficie y la longitud de onda de la luz.

 Dispersión de luz 

La dispersión se define como la separación de la luz blanca en diferentes colores cuando la luz se transmite a un prisma. La dispersión de la luz depende de la longitud de la luz. Por lo tanto, se puede argumentar que el grado de desviación depende de las longitudes de onda. La desviación de la trayectoria de la luz es opuesta a la longitud estándar.

La luz blanca se asocia principalmente con la luz de diferentes longitudes de onda (colores). Violeta, índigo, azul, verde, amarillo y rojo con una longitud muy larga mientras que el violeta tiene una longitud muy baja.

La luz roja tiene una ligera desviación y muy violeta. Como todas las distancias largas sufren una variedad de desviaciones, cuando la luz blanca pasa de una a otra, los diferentes colores de la luz se dividen, y este objeto de luz se dispersa en sus partes como resultado de la refracción.

Refracción de la luz a través del prisma

Cuando la luz pasa de un medio a otro medio, la velocidad de propagación de la luz cambia y, como resultado, la luz se refracta o se desvía. Ahora bien, cuando la luz pasa por el prisma r, se refracta hacia la base del triángulo.

Diferentes colores en el rango de luz tienen diferentes longitudes de onda. Por lo tanto, la velocidad a la que se doblan todos varía según la longitud de onda, en la que el violeta se dobla más, la distancia corta y el rojo se curva ligeramente, y tiene la longitud más larga.

Como resultado, la dispersión de la luz blanca en su gama cromática se produce cuando es emitida por un prisma.

Espectro de luz visible

La luz se dispersa en una amplia gama de colores en un portaobjetos de vidrio. Podemos ver esto mirándolo desde una perspectiva diferente. Antes de continuar, debe saber algo sobre los índices de refracción. No cambian constantemente. Varían en la frecuencia de la luz por lo que sus longitudes de onda.

Ahora bien, para que la luz blanca atraviese el portaobjetos de vidrio o el prisma de vidrio, no se emite una, sino dos veces. Comienza del aire al vaso y luego del vaso al aire. ¿En la primera instancia de refracción, disminuya la velocidad y la segunda velocidad sea recta?

Ahora, lo que sucede con el recipiente de vidrio es que todos los rayos de luz se ralentizan y aceleran al mismo ritmo porque ambas superficies son paralelas. Y luego, para el observador, parecería que la luz blanca había penetrado y salido del tobogán. Pero este caso es diferente del prisma.

Las superficies no son paralelas entre sí, por lo que los rayos de luz que salen del prisma finalmente siguen un camino diferente entre sí, dando un efecto disperso.

Experimento de prisma

Newton fue el primero en hacer este experimento al transmitir luz a través de un prisma. Dejó pasar la luz del sol a través del prisma esperando ver la luz blanca en la pantalla colocada a un lado pero en cambio, vio el espectro de luz después de la dispersión. Estaba un poco escéptico sobre la importancia aquí, pero decidió hacer algo aquí para confirmarlo.

Al controlar la intensidad de la luz entrante, permitió que solo pasara un color a través del prisma. Aparentemente, el rayo de luz se refractó y no sufrió más dispersión.

Por lo tanto, notó que los diferentes colores del espectro de luz se curvan de manera diferente ya que tienen diferentes longitudes de onda. Dio la impresión de que el violeta era el que más se doblaba y el rojo el que menos, debido a sus longitudes de onda más cortas y más largas, respectivamente.

Algunos ejemplos donde se produce la dispersión de la luz:

Arco iris: La dispersión de la luz es la razón detrás del arco iris. Cuando llueve, las pequeñas gotas de agua permanecen en el aire. Cuando la luz del sol pasa a través de las gotas de agua, la luz se dispersa. Veremos la luz dispersa en forma de Arco Iris.

Gotas de aceite sobre el agua: Cuando una gota de aceite cae sobre el agua, podremos ver en ellas los diferentes colores. Esto se debe a que la luz sufre refracción cuando pasa del medio oleoso al medio acuoso o viceversa. De ahí que la luz se disperse y podamos ver diferentes colores.

Prisma

El prisma es una sustancia de refracción homogénea y transparente (como el vidrio) rodeada por dos superficies de refracción planas inclinadas en un ángulo fijo denominado ángulo de refracción del ángulo del prisma. Presenta dos bases triangulares y tres superficies laterales rectangulares que están inclinadas entre sí.

El ángulo del prisma es el ángulo en el que están inclinadas las superficies. También se conoce como el ángulo de refracción. 

El ángulo de desviación de un prisma es el ángulo entre los rayos incidente y emergente.

El ángulo de incidencia es el ángulo formado por la normal y el rayo de luz cuando un haz de luz incide sobre una superficie en un lugar específico. 

El ángulo de emergencia se refiere al ángulo en el que la luz emerge o sale de un prisma.

Refracción de la luz a través del prisma

Cuando una luz pasa de un medio a otro, la velocidad a la que se propaga cambia y, como resultado, se dobla o se refracta. La luz ahora se refracta hacia la base del triángulo cuando pasa a través de un prisma. 

Las longitudes de onda de los diferentes colores en el espectro de la luz son variadas. Como resultado, la velocidad a la que se doblan varía según la longitud de onda, siendo el violeta el que se dobla más debido a su longitud de onda más corta y el rojo el que se dobla menos debido a su longitud de onda más larga.

Cuando la luz blanca se refracta a través de un prisma, se dispersa en su espectro de colores como resultado de esto.

Dispersión 

Cuando la luz blanca pasa a través de un prisma de vidrio, se separa en su espectro de 7 colores (en orden violeta, índigo, azul, verde, amarillo, naranja y rojo), un proceso conocido como dispersión.

Dispersión de luz blanca por un prisma de vidrio: Cuando la luz blanca atraviesa un prisma de vidrio, se desdobla en sus siete colores constituyentes, lo que se conoce como dispersión de luz blanca. Violeta, índigo, azul, verde, amarillo, naranja y rojo se encuentran entre los colores visibles. La secuencia de colores se recuerda como VIBGYOR. El espectro es una agrupación de siete colores. Con respecto al ángulo de incidencia, cada componente de color de la luz se dobla en un ángulo diferente. La luz violeta se dobla menos, mientras que la luz roja se dobla más.

La luz blanca se compone de siete colores diferentes, incluidos el violeta, el índigo, el azul, el verde, el amarillo, el naranja y el rojo.

La luz monocromática se define como la luz que tiene un solo color o longitud de onda, por ejemplo, la luz de sodio.

La luz policromática se define como la luz que tiene más de dos colores o longitudes de onda, como la luz blanca.

Experimento de prisma

Newton descubrió que cuando la luz dispersa pasa a través de un prisma invertido, se recombina para producir luz blanca después de atravesar el prisma. Fue el primero en utilizar un prisma de vidrio para capturar el espectro de la luz solar. Intentó usar un prisma diferente para dividir aún más el espectro de luz blanca, pero no pudo generar más colores. Repitió el experimento, esta vez con el segundo prisma invertido en relación con el primer prisma. Permitió que todos los colores del espectro pasaran a través del segundo prisma. En el otro lado del segundo prisma, descubrió luz blanca. Llegó a la conclusión de que el Sol se compone de siete colores diferentes que se pueden ver.

Espectro de luz visible

La luz, de hecho, se dispersa en su gama de colores sobre una losa de vidrio. Si lo miramos de cierta manera, podemos verlo. La luz blanca se refracta no una vez, sino dos veces cuando pasa a través de una losa de vidrio o un prisma de vidrio. Disminuye la velocidad en la primera ocurrencia de refracción y acelera en la segunda.

Cuando el vidrio se rompe, ambas superficies son paralelas, todos los rayos de luz se ralentizan y aceleran al mismo ritmo. Como resultado, a un espectador le parece que la luz blanca ha entrado y salido de la losa. En un prisma, sin embargo, la situación es diferente.

Debido a que las superficies no son paralelas, los rayos de luz que emergen del prisma finalmente toman un camino que no es paralelo entre sí, lo que da como resultado un efecto disperso.

Arco iris: El espectro de la luz solar en la naturaleza se conoce como arco iris. Se genera cuando la luz del sol es dispersada por una diminuta gota de agua presente en la atmósfera.

La creación del arcoíris: Las gotas de agua forman pequeños prismas. Refractan y dispersan la luz solar incidente, luego la reflejan internamente y finalmente la refractan cuando sale de la gota de lluvia. Debido a la dispersión e interferencia de la luz, diferentes colores llegan al ojo del observador debido a la dispersión de la luz y la reflexión interna. El color rojo aparece en la parte superior del arco iris y el violeta aparece en la parte inferior. Un arcoíris siempre se forma en dirección opuesta al Sol.

Refracción Atmosférica

La refracción atmosférica es la refracción de la luz inducida por la atmósfera terrestre (que consta de capas de aire con diferentes densidades ópticas).

Posición de la estrella : la temperatura y la densidad de muchas capas de la atmósfera cambian constantemente. Como resultado, tenemos una variedad de medios. Una estrella distante sirve como fuente de luz. Cuando la luz de las estrellas entra en la atmósfera de la Tierra, experimenta una refracción constante a medida que el índice de refracción cambia de más raro a más denso. Se inclina en la dirección de la normalidad. Como resultado, la posición aparente de la estrella difiere de su verdadera posición.

Centelleo de estrellas: la refracción atmosférica es en parte la culpable. La luz de una estrella distante se concentra en un solo punto. Debido a que la condición física de la atmósfera de la Tierra no es estacionaria, la posición aparente de la estrella cambia cuando el haz de luz de la estrella se desvía de su curso. Como resultado, la cantidad de luz que entra en nuestros ojos varía, siendo brillante en ocasiones y tenue en otras. Esto se conoce como el «Efecto de centelleo de estrellas».

Problemas de muestra

Problema 1: ¿Qué es la Dispersión de la Luz?

Solución:

Cuando la luz blanca pasa a través de un prisma de vidrio, se separa en su espectro de colores (en orden violeta, índigo, azul, verde, amarillo, naranja y rojo), un proceso conocido como dispersión.

Problema 2: ¿Por qué los planetas no parpadean?

Solución:

Los planetas están más cerca de la Tierra y se perciben como una fuente de luz extendida o una colección de muchas pequeñas fuentes de luz puntuales. Como resultado, el efecto brillante será anulado por la cantidad total de luz que ingresa a nuestros ojos desde todas las fuentes puntuales individuales.

Problema 3: ¿Por qué la duración del día se acorta aproximadamente 4 min si no hay atmósfera en la tierra? 

Solución:

Por la mañana, cuando el sol está por debajo del horizonte, sale el sol. Debido a la refracción, los rayos de luz del sol por debajo del horizonte llegan a nuestros ojos. Del mismo modo, unos minutos después de que se haya puesto el sol, se puede ver el sol. Como resultado, la duración del día se extenderá en 4 minutos. Esto se debe a la refracción en la atmósfera. Como resultado, el sol sale unos 2 minutos antes de lo habitual y se pone unos 2 minutos más tarde de lo habitual. La refracción atmosférica es responsable de la aparente adulación del disco solar al atardecer y al amanecer.

Problema 4: en un prisma, la luz se divide en su espectro de colores, pero en una losa de vidrio no es así. ¿Por qué?

Solución:

La luz, de hecho, se dispersa en su gama de colores sobre una losa de vidrio. Si lo miramos de cierta manera, podemos verlo. La luz blanca se refracta no una vez, sino dos veces cuando pasa a través de una losa de vidrio o un prisma de vidrio. Disminuye la velocidad en la primera ocurrencia de refracción y acelera en la segunda. Cuando el vidrio se rompe, ambas superficies son paralelas, todos los rayos de luz se ralentizan y aceleran al mismo ritmo. Como resultado, a un espectador le parece que la luz blanca ha entrado y salido de la losa. En un prisma, sin embargo, la situación es diferente. Debido a que las superficies no son paralelas, los rayos de luz que emergen del prisma finalmente toman un camino que no es paralelo entre sí, lo que da como resultado un efecto disperso.

Problema 5: ¿Cuál es la relevancia de la dispersión de la luz en su espectro de color?

Solución:

Newton descubrió que cuando la luz dispersa pasa a través de un prisma invertido, se recombina para producir luz blanca después de atravesar el prisma. Fue el primero en utilizar un prisma de vidrio para capturar el espectro de la luz solar. Intentó usar un prisma diferente para dividir aún más el espectro de luz blanca, pero no pudo generar más colores. Repitió el experimento, esta vez con el segundo prisma invertido en relación con el primer prisma. Permitió que todos los colores del espectro pasaran a través del segundo prisma. En el otro lado del segundo prisma, descubrió luz blanca. Llegó a la conclusión de que el Sol se compone de siete colores diferentes que se pueden ver.

Problema 6: ¿Cómo se crea el arcoíris en la atmósfera?

Solución:

Las gotas de agua forman pequeños prismas. Refractan y dispersan la luz solar incidente, luego la reflejan internamente y finalmente la refractan cuando sale de la gota de lluvia. Debido a la dispersión e interferencia de la luz, diferentes colores llegan al ojo del observador debido a la dispersión de la luz y la reflexión interna. El color rojo aparece en la parte superior del arco iris y el violeta aparece en la parte inferior. Un arcoíris siempre se forma en dirección opuesta al Sol.