Optický hranol je opticky priehľadné telo s dvoma rovinnými stenami, ktoré lomia svetlo. Svetlo pri prechode hranolom mení smer šírenia rozkladom (disperziou) a úplným odrazom.
Ako optický hranol rozkladá svetlo?
Keď biely lúč svetla prechádza trojbokým priehľadným hranolom, láme sa dvakrát, čím sa rozdelí na jednotlivé farebné zložky s rozdielnymi vlnovými dĺžkami. Hranol láme svetlo každej vlnovej dĺžky pod iným uhlom a vzniká pás farieb – biele svetelné spektrum.
Prečo má hranol tvar trojuholníka?
Hranol môže mať rôzne tvary podľa tvaru svojej podstavy. Hranol s trojuholníkovou podstavou sa nazýva trojboký hranol. Tvar trojuholníka je zvolený pre hranol z niekoľkých dôvodov:
- Lom svetla: Trojboký hranol je široko používaný v optike na lom svetla a tiež na rozklad svetla na jeho jednotlivé farebné zložky. Tvar trojuholníka umožňuje svetlu prechádzať cez hranol a lomiť sa dvakrát, čo vedie k rozkladu svetla.
- Geometria: Trojuholník je jedným zo základných rovinných geometrických útvarov. Je to mnohouholník s troma vrcholmi a stranami. V geometrii sa často používa pre svoje jednoduché a užitočné vlastnosti.
- Stabilita a pevnosť: Trojuholníkový tvar je známy svojou stabilitou a pevnosťou, čo je dôvod, prečo sa často používa v konštrukciách a dizajne.
Takže, hoci „hranol“ môže mať rôzne tvary podľa tvaru svojej podstavy, trojboký hranol je obzvlášť užitočný v optike a má niekoľko praktických aplikácií.
Ako rozložiť a zložiť svetlo
Isaac Newton využil hranol na zistenie podstaty svetla. Pri experimente, kde umiestnil za sebou dva trojuholníkové sklenené hranoly, ktoré sa spájali základňami, prvý hranol rozložil biele svetlo na dúhové spektrum, druhý rozložené farby opäť zlúčil späť. Vďaka tomuto pokusu si Newton uvedomil, že biele svetlo nie je v podstate čisté, ako tvrdil Aristoteles, ale že obsahuje zmes všetkých druhov farieb.
Prečo je rozklad svetla dôležitý?
Rozklad svetla je dôležitý z mnohých dôvodov:
- Vedecké pochopenie: Rozklad svetla nám umožňuje lepšie pochopiť podstatu svetla a jeho interakcie s hmotou.
- Optické technológie: Rozklad svetla je základom pre mnohé optické technológie, vrátane spektroskopie, ktorá sa používa na štúdium vlastností hmoty prostredníctvom interakcie so svetlom.
- Prírodné javy: Rozklad svetla je tiež zodpovedný za niektoré prírodné javy, ako je napríklad dúha.
- Biologické vnímanie: Rozsah vnímaných vlnových dĺžok je daný tým, že v oblasti viditeľného svetla nie je elektromagnetické žiarenie zo Slnka absorbované v atmosfére a dopadá na zemský povrch. Je preto využiteľné pre živé organizmy žijúce na povrchu pre zrakové vnímanie polohy, miery osvetlenia okolia a dennej doby.
- Fyzikálne vysvetlenie: Z fyzikálneho hľadiska je dôležitá ešte jedna skutočnosť, a to že od smeru dopadajúcich svetelných lúčov sa najmenej odkláňa červená farba a najviac fialová. Poradie farieb v spektre nie je náhodné a má svoje fyzikálne vysvetlenie.
Prečo má každá farba inú vlnovú dĺžku?
Každá farba má inú vlnovú dĺžku, pretože svetlo je forma elektromagnetického žiarenia a farba je spôsob, ako ľudské oko interpretuje rôzne vlnové dĺžky tohto žiarenia.
Viditeľné spektrum zahŕňa rozsah vlnových dĺžok svetla, ktoré môže ľudské oko vnímať vo forme farieb. Svetlo od 400 do 700 nanometrov (nm) sa nazýva viditeľné svetlo alebo viditeľné spektrum, pretože ho ľudia môžu vidieť. Farby svetla, ktoré zodpovedajú úzkym pásom vlnovej dĺžky (monochromatické svetlo), sú čisté spektrálne farby získané pomocou skratky ROYGBIV: červená, oranžová, žltá, zelená, modrá, indigová a fialová.
Vlnové dĺžky viditeľného svetla sú:
- Fialová: 380–450 nm
- Modrá: 450–495 nm
- Zelená: 495–570 nm
- Žltá: 570-590 nm
- Oranžová: 590–620 nm
- Červená: 620 – 750 nm
Fialové svetlo má najkratšiu vlnovú dĺžku, čo znamená, že má najvyššiu frekvenciu a energiu. Červené svetlo má najdlhšiu vlnovú dĺžku, najkratšiu frekvenciu a najnižšiu energiu.
Takže každá farba má inú vlnovú dĺžku, pretože každá farba reprezentuje inú frekvenciu (alebo energiu) elektromagnetického žiarenia. Toto je základný princíp fyziky svetla a farieb.
Aký je rozdiel medzi monochromatickým a polychromatickým svetlom?
Monochromatické a polychromatické svetlo sú dva rôzne typy svetla, ktoré sa líšia v tom, koľko farieb alebo vlnových dĺžok obsahujú.
Monochromatické svetlo je svetlo, ktoré má iba jednu vlnovú dĺžku (alebo frekvenciu). To znamená, že je to svetlo jednej farby. Termín „mono“ sa týka singulárneho objektu alebo subjektu a pojem „chróm“ označuje farby. Príkladom monochromatického svetla môže byť svetlo z laseru, ktoré produkuje svetlo jednej vlnovej dĺžky.
Na druhej strane, polychromatické svetlo je svetlo, ktoré obsahuje viacero vlnových dĺžok alebo farieb. To znamená, že obsahuje mnoho rôznych farieb alebo odtieňov. Príkladom polychromatického svetla je slnečné svetlo, ktoré obsahuje širokú škálu vlnových dĺžok a teda aj farieb.
Takže hlavný rozdiel medzi monochromatickým a polychromatickým svetlom spočíva v tom, koľko rôznych vlnových dĺžok (a teda farieb) každý typ svetla obsahuje.
