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 \(\phi\) (kąt, którego ramiona są krawędziami łamiącymi).

Kąt odchylenia \(\delta\) 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:

\(\delta\) - kąt odchylenia promienia w pryzmacie,
\(\phi\) - 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.

\(n=\frac{c}{v}\)

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?