Fai splendere una luce attraverso un prisma o appendila alla finestra in una giornata di sole e vedrai un arcobaleno. È lo stesso arcobaleno che vedi nel cielo perché, in un giorno con un misto di pioggia e sole, ogni goccia di pioggia agisce come un prisma in miniatura. Per i fisici che discutono se la luce è un'onda o una particella, questo fenomeno è un argomento forte per il primo. In effetti, gli esperimenti con i prismi erano fondamentali per la formulazione di Issac Newton della teoria dell'ottica e della natura ondulatoria della luce.

TL; DR (Troppo lungo, non letto)

Luce bianca rifrange quando passa attraverso un prisma. Ogni lunghezza d'onda rifrange con un angolo diverso e la luce emergente forma un arcobaleno.

Rifrazione e l'arcobaleno

La rifrazione è un fenomeno che si verifica quando un raggio di luce bianca passa attraverso l'interfaccia tra l'aria e un mezzo più denso, come vetro o acqua. La luce viaggia più lentamente in un mezzo più denso, quindi cambia direzione - o rifrange - quando passa attraverso l'interfaccia. La luce bianca è una miscela di tutte le lunghezze d'onda della luce e ogni lunghezza d'onda rifrange con un'angolazione leggermente diversa. Pertanto, quando il raggio emerge dal mezzo più denso, è stato diviso nelle sue lunghezze d'onda del componente. Quelli che puoi vedere formano l'arcobaleno familiare.

L'indice di rifrazione

L'angolo di rifrazione in un particolare mezzo è definito dal suo indice di rifrazione, che è una proprietà derivata dalla divisione del velocità della luce nel vuoto dalla velocità della luce in quel particolare mezzo. Quando la luce passa da un mezzo a un altro, l'angolo di rifrazione può essere ricavato dividendo gli indici di rifrazione dei due media. Questa relazione è nota come Legge di Snell, dal nome del fisico del XVII secolo che la scoprì.

Molti altri materiali oltre al vetro producono arcobaleni. Diamante, ghiaccio, quarzo chiaro e glicerina sono solo alcuni esempi. L'ampiezza dell'arcobaleno è una funzione dell'indice di rifrazione, che varia direttamente con la densità del materiale. Puoi anche vedere un arcobaleno quando la luce passa dall'acqua attraverso un cristallo trasparente o un pezzo di vetro e torna indietro nell'acqua.

Colori dell'arcobaleno

Anche se tradizionalmente identifichiamo un arcobaleno con sette colori componenti , in realtà è un continuum senza confini discreti da una tonalità all'altra. Fu Newton a dividere arbitrariamente lo spettro in sette colori, in ossequio agli antichi greci, che ritenevano sette un numero mistico. I colori sono, in ordine dalla più lunga lunghezza d'onda al più breve, rosso, arancione, giallo, verde, blu, indaco e viola. Se stai cercando un modo per ricordare l'ordine, usa l'acronimo ROYGBIV, pronunciato roy-gee-biv, o prova questo mnemonico: ROY Gave Betti Violets.

La frequenza della lunghezza d'onda aumenta man mano che procedi arcobaleno dal rosso al viola. Ciò significa che anche l'energia dei singoli fotoni - o pacchetti d'onda - aumenta, perché i due sono direttamente collegati dalla legge di Planck.