¿Qué es la Dispersión de la Luz?

¿No son hermosos los arcoíris? ¿Alguna vez te has preguntado cómo se forma un arcoíris? Es un fenómeno físico básico conocido como dispersión de luz . Entonces, ¿qué es exactamente la dispersión de la luz? Cuando la luz blanca se transmite a través de un prisma, se divide en siete colores componentes. Un prisma es un dispositivo óptico transparente con superficies planas y pulidas que refractan la luz. La refracción de la luz se refiere al cambio en la dirección de propagación de la luz cuando pasa a través de un medio diferente.

¿Qué es la refracción de la luz?

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, lo que resulta en la refracción de la luz.

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.

En otras palabras, cuando la luz blanca se transmite a través de un prisma, se divide en siete colores componentes. Un prisma es un dispositivo óptico transparente con superficies planas y pulidas que refractan la luz. La refracción de la luz se refiere al cambio en la dirección de propagación de la luz cuando pasa a través de un medio diferente.

Dispersión

Cuando la luz pasa a través de un prisma, se separa en distintos componentes de color. Esto se conoce como dispersión de luz. Un prisma es un vidrio transparente con dos superficies planas que forman un ángulo. Un haz de luz blanca se divide en siete tonalidades mediante un prisma: violeta, azul índigo, verde, amarillo anaranjado y rojo. La banda de colores dispersada por la luz que entra en un prisma de vidrio se denomina espectro .

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

Causas de la Dispersión 

• Debido a que la luz de cada color tiene longitudes de onda distintas, la luz blanca se dispersa en siete colores. La luz roja tiene la longitud de onda más larga en este rango de siete colores, mientras que la luz violeta tiene la más corta.
• En el vacío, todos los colores de la luz viajan a la misma velocidad. Sin embargo, en cualquier material transparente, como el vidrio o el agua, varios colores de luz se mueven a diferentes velocidades.
• Las luces de varios colores se doblan en diferentes ángulos debido a las diferencias en su velocidad. La luz roja viaja más rápido a través de cualquier medio transparente, mientras que la luz violeta viaja más lento.
• Como resultado, la luz roja se dobla menos mientras que la luz violeta se dobla más.
• Por lo tanto, la dispersión de la luz blanca en siete colores ocurre cuando varios fotones de colores se doblan en diferentes ángulos al pasar a través de un prisma de vidrio.

Dispersión de luz blanca por un prisma

Cuando la luz blanca atraviesa un prisma de vidrio, se divide en sus siete colores constituyentes, lo que se conoce como dispersión de la 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 fue el primero en experimentar con la luz que fluye a través de un prisma. Permitió que la luz del sol pasara a través del prisma, esperando ver luz blanca al otro lado de la pantalla, pero en cambio vio el espectro de luz después de la dispersión. Tenía un poco de intuición sobre la relevancia de esto, pero optó por hacer algo más para demostrarlo. 

Al ajustar el tamaño de la entrada, pudo permitir que solo un color (y, por lo tanto, solo una longitud de onda de luz) fluya a través del prisma. Obviamente, el rayo de luz se refractó y no se dispersó más.

Como resultado, reconoció que varios colores del espectro de luz se doblan de manera diferente porque tienen longitudes de onda distintas. Descubrió que el violeta se doblaba más y el rojo se doblaba menos debido a sus longitudes de onda más cortas y más largas, respectivamente.

Espectro de luz visible

De hecho, la luz también se dispersa en su espectro de color en una losa de vidrio. Podemos notar esto si lo miramos de una manera específica. Antes de comenzar, debe estar familiarizado con los índices de refracción. No son consistentes. Se diferencian según la frecuencia de la luz y, por lo tanto, la longitud de onda. La luz blanca se refracta dos veces cuando pasa a través de una losa de vidrio o un prisma de vidrio. Va del aire al vidrio y luego de vuelta al aire. ¿Disminuye la velocidad en la primera ocurrencia de refracción y acelera en la segunda? 

Entonces, ¿qué ocurre en una losa de vidrio? Debido a que 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 entre sí, los rayos de luz que emanan del prisma finalmente recorren una ruta distinta entre sí, lo que da como resultado un efecto de dispersión.

Arcoíris

Un arco iris es un ejemplo de dispersión de luz blanca. Una gran cantidad de pequeñas gotas de agua permanecen suspendidas en el aire poco después de la lluvia. Cada gota funciona como un pequeño prisma. Cuando la luz del sol golpea estas gotas, la luz blanca se divide en siete colores distintos. Una banda continua de siete colores está formada por la luz dispersada por una gran cantidad de gotas. Rainbow es el nombre que recibe esta banda de colores.

Como resultado de la dispersión de la luz blanca por las diminutas gotas que flotan en el aire después de la ducha, se forma un arcoíris.

Cuando el sol está detrás del espectador, aparece el arcoíris.

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 las 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 lejana 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 minutos 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 dos minutos antes de lo habitual y se pone unos dos 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: ¿Qué es Prisma?

Solución:

Un prisma es un objeto triangular hecho de vidrio que tiene dos bases triangulares y tres lados rectangulares que están inclinados en ángulo.

Problema 7: ¿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.