Pryzmat

Pryzmat jest to bryła po trójkątnej podstawie, która zbudowana jest z przezroczystego materiału.

Z uwagi na swoje funkcje rozróżniamy pryzmaty, które:

rozszczepiają światło,
zmieniają bieg wiązki światła bez jego rozszczepienia,
polaryzują światło.

W pryzmacie rozszczepiającym wyróżniamy krawędź łamiącą (krawędź przeciwległa do podstawy pryzmatu) oraz kąt łamiący φ (kąt którego ramiona są krawędziami łamiącymi).

Kąt odchylenia δ jest to kąt utworzony przez promień padający i odchylony.

Dla małych kątów padania zachodzi zależność:

$\delta=(n-1)\phi\\ \delta=(\frac{n_p}{n_o}-1)\phi$

gdzie:

δ - kąt odchylenia promienia w pryzmacie,
φ - kąt łamiący,
n - współczynnik załamania materiału, z którego zbudowany jest pryzmat względem ośrodka otaczającego pryzmat,
n_p - współczynnik załamania pryzmatu,
n_o - współczynnik załamania ośrodka.

Bieg monochromatycznego promienia w pryzmacie ilustruje poniższy rysunek.

Przejście promienia świetlnego przez pryzmat.

Rozszczepienie światła - dyspersja

Dyspersja światła albo rozszczepienie światła jest to zjawisko rozkładu światła białego na jego barwne składowe. Dyspersja światła zachodzi właśnie w pryzmacie. Po skierowaniu na pryzmat wiązki światła białego (na przykład słonecznego) uzyskujemy po drugiej stronie tęczę barw.

Rozszczepienie światła ma miejsce już na pierwszej krawędzi łamiącej. Dlaczego światło białe w ogóle zamienia się w feerię barw?

Poszczególnym kolorom światła odpowiadają różne częstotliwości fali elektromagnetycznej. Po przejściu promienia z ośrodka do szkła, prędkości poszczególnych fal (kolorowych promieni) są różne, a co za tym idzie, promienie te załamują się w różny sposób. Przejście promieni przez kolejną ściankę pryzmatu wzmacnia rozszczepienie.

n=c/v

gdzie:

n -współczynnik załamania ośrodka,
c - prędkość światła w próżni,
v - prędkość fali świetlnej w ośrodku.

Ponieważ składowa czerwona jest odchylona najsłabiej w pryzmacie, a fioletowa najsilniej, to można wysunąć wniosek, że światło czerwone porusza się szybciej w ośrodku pryzmatu niż światło fioletowe.

Światło słoneczne jest mieszaniną różnych barw.

Poniższa ilustracja pokazuje w jaki sposób światło białe rozszczepia się w pryzmacie.

dyspersja, rozszczepienie światła w pryzmacie

Przejście promienia świetlnego przez pryzmat.

Współczynnik załamania pryzmatu

Mierząc kąt łamiący i kąt najmniejszego odchylenia (taki kąt, który uzyskujemy dla pewnego kąta padania wiązki, która po wejściu w pryzmat utworzy promień prostopadły do podstawy pryzmatu) możemy wyznaczyć współczynnik załamania pryzmatu:

$n=\frac{\sin \frac{\phi+\delta}{2}}{\sin\frac{\phi}{2}}$

Ciekawostki

Dyspersja światła zwykle nie jest pożądanym zjawiskiem, szczególnie w układach optycznych takich jak lornetki, aparaty cyfrowe, mikroskopy, lunety. W takich urządzeniach jak spektrofotometr, spektrometr optyczny rozszczepienie światła wykorzystuje się w badaniach składu widmowego światła i jest zjawiskiem pożądanym.

Pytania

Czy można rozszczepione światło połączyć w wiązkę światła białego?

Tak. To zjawisko odwrotne do dyspersji światła, nazywane syntezą.

Czy można spowolnić fotony?

Fotony są składnikiem światła. Wiemy że poruszają się ze stałą prędkością światła, która jest uniwersalną stałą fizyczną. Czy istnieje możliwość spowolnienia fotonów?