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Dispersión de la luz Guía

FísicaIntermedioTiempo de lectura: 4 min

Resumen

En 1666, Newton dejó pasar un rayo de luz solar a través de un prisma triangular en una habitación oscura, y una hermosa cinta de siete colores apareció en la pared. Este experimento rompió por completo la creencia tradicional de que 'la luz es una entidad pura y única'. Este experimento te lleva de regreso al descubrimiento clásico de Newton, simulando el proceso de descomposición de la luz blanca a través de un prisma triangular para explorar las diferencias diminutas en las propiedades refractivas de diferentes luces monocromáticas.

Antecedentes

Antes de Newton, se creía ampliamente que la luz blanca era la más pura y que los colores eran causados por algún tipo de 'contaminación' de la luz por los objetos. Newton demostró a través del famoso 'experimento del prisma' que la luz blanca es en realidad una mezcla de luces de diferentes colores. Aún más ingeniosamente, usó un segundo prisma para recombinar los siete colores de luz nuevamente en luz blanca, confirmando indiscutiblemente la teoría de la dispersión de la luz. Este descubrimiento abrió la puerta a la espectroscopía, permitiéndonos incluso analizar la composición de estrellas a miles de millones de años luz de distancia.

Conceptos clave

Dispersión de la Luz

El fenómeno donde la luz policromática se descompone en luces monocromáticas. Después de que la luz blanca pasa a través de un prisma, se descompone en siete colores: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta.

Espectro

Una banda de luz coloreada dispuesta en orden de longitud de onda (o frecuencia) después de que se descompone la luz policromática. Es la 'huella digital' de la luz blanca.

Índice de Refracción y Frecuencia/Longitud de Onda

nviolet>nredn_{\text{violet}} > n_{\text{red}}

El índice de refracción de un medio es diferente para la luz de diferentes colores. La luz con mayor frecuencia y menor longitud de onda (como la luz violeta) tiene un índice de refracción mayor y se desvía más significativamente.

Fórmulas y derivación

Relación entre Desviación e Índice de Refracción

δ∝n−1\delta \propto n - 1
Dado que el índice de refracción nn del vidrio para la luz violeta es mayor, el ángulo de desviación δ\delta de la luz violeta desde su dirección de propagación original al pasar a través del prisma es el mayor, y la luz roja es el menor.

Pasos del experimento

  1. 1

    Recrear el Experimento de Newton

    Observa el proceso de un haz de luz blanca entrando en un prisma triangular. ¿Qué le sucede a la luz en la primera interfaz del prisma? ¿Sigue siendo blanco el haz de luz después de entrar en el prisma?
  2. 2

    Explorar Ángulos de Desviación

    Arrastra el deslizador de 'Ángulo de Incidencia' para cambiar la dirección incidente de la luz. Observa cuidadosamente la banda de luz coloreada que sale del prisma. ¿Qué color de luz se desvía más (la posición absoluta es la más baja)? ¿Cuál se desvía menos?
  3. 3

    Comparar Disposición Espectral

    Registra el orden de los siete colores: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo, violeta. Comparando sus datos de longitud de onda, ¿qué patrón encuentras entre el índice de refracción y la longitud de onda?
  4. 4

    Explorar Luz Invisible

    Haz clic en 'Mostrar Infrarrojo' y 'Mostrar Ultravioleta'. ¿En qué regiones del espectro se encuentran respectivamente? Basado en esta distribución, ¿puedes adivinar por qué los rayos infrarrojos tienen un efecto térmico significativo?

Resultados del aprendizaje

  • Confirmar que la luz blanca es luz policromática compuesta por siete luces monocromáticas: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta.
  • Dominar el orden del espectro después de la dispersión y la diferencia en la capacidad de desviación que representa.
  • Comprender el principio de la dispersión del prisma: el mismo medio tiene diferentes índices de refracción para la luz de diferentes longitudes de onda.
  • Reconocer las regiones invisibles en el espectro (región infrarroja y región ultravioleta).

Aplicaciones reales

  • Arco Iris: La luz solar que entra en pequeñas gotas de agua en el aire después de la lluvia experimenta refracción, reflexión y refracción nuevamente, lo que resulta en fenómenos de dispersión.
  • Análisis Espectral: Los científicos pueden determinar los elementos constituyentes de estrellas distantes analizando el espectro que emiten.
  • Comunicación por Fibra Óptica: Uso de tecnología de compensación de dispersión para garantizar la integridad de la señal en transmisiones de larga distancia.
  • Identificación de Gemas: El alto valor de dispersión (fuego) de los diamantes es una razón importante de su belleza y también se puede utilizar para determinar la autenticidad.

Errores comunes

Error
El prisma 'tiñe' la luz con color.
Correcto
Incorrecto. El prisma simplemente 'clasifica' las diversas luces monocromáticas que ya existen en la luz blanca a través de diferentes caminos de refracción; no produce nuevos colores.
Error
El infrarrojo es rojo y el ultravioleta es violeta.
Correcto
Incorrecto. Tanto el infrarrojo como el ultravioleta son invisibles a simple vista. La luz roja que solemos ver de los calentadores es luz roja visible producida concomitantemente, no el infrarrojo en sí.

Lectura adicional

¿Listo para empezar?

Ahora que entiendes lo básico, ¡comienza el experimento interactivo!

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