Splendi una luce attraverso un prisma o appendine una alla finestra in una giornata di sole e vedrai un arcobaleno. È lo stesso arcobaleno che vedi nel cielo perché, in una giornata con un misto di pioggia e sole, ogni goccia di pioggia funge da 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 sono stati fondamentali nella formulazione di Issac Newton della teoria dell'ottica e della natura ondulatoria della luce.

TL; DR (Troppo lungo; non letto)

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

La rifrazione è un fenomeno che si verifica quando un raggio di luce bianca passa attraverso l'interfaccia tra l'aria e un denso mezzo, 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 si rifrange con un angolo leggermente diverso. Pertanto, quando il raggio emerge dal mezzo più denso, è stato diviso nelle sue lunghezze d'onda componenti. 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 dividendo la velocità della luce nel vuoto dalla velocità della luce in quel particolare mezzo. Quando la luce passa da un mezzo all'altro, l'angolo di rifrazione può essere derivato dividendo gli indici di rifrazione dei due media. Questa relazione è nota come Legge di Snell, così chiamata per il 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 persino vedere un arcobaleno quando la luce passa dall'acqua attraverso un cristallo trasparente o un pezzo di vetro e torna 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 riferimento agli antichi greci, che credevano che sette fossero un numero mistico. I colori sono, in ordine dalla lunghezza d'onda più lunga a quella più corta, 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, oppure prova questo mnemonico: ROY Gave Betti Violets.

La frequenza della lunghezza d'onda aumenta man mano che procedi attraverso il arcobaleno dal rosso al viola. Questo significa che aumenta anche l'energia dei singoli fotoni - o pacchetti di onde - perché i due sono direttamente correlati dalla Legge di Planck.