Διασπορά

Η διασπορά είναι ένα φαινόμενο στην οπτική που συμβαίνει όταν η ταχύτητα φάσης ενός κύματος ποικίλλει ανάλογα με τη συχνότητα του κύματος. Τα μέσα διασποράς ορίζονται ως μέσα που έχουν αυτό το κοινό χαρακτηριστικό. Όταν γίνεται αναφορά στην ειδικότητα, χρησιμοποιείται επίσης η φράση χρωματική διασπορά. Ο όρος «διασπορά» συνδέεται πιο συχνά με το πεδίο της οπτικής, όπου χρησιμοποιείται για να περιγράψει το φως και άλλα ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Ωστόσο, η διασπορά με την ίδια έννοια μπορεί να ισχύει για κάθε τύπο κυματικής κίνησης, συμπεριλαμβανομένης της ακουστικής διασποράς στην περίπτωση ηχητικών και σεισμικών κυμάτων, σε κύματα βαρύτητας (ωκεάνια κύματα) και για τηλεπικοινωνιακά σήματα που ταξιδεύουν κατά μήκος γραμμών μετάδοσης (όπως ομοαξονικό καλώδιο ή οπτική ίνα). Όταν πρόκειται για τον φυσικό κόσμο, η διασπορά οδηγεί σε απώλεια κινητικής ενέργειας λόγω απορρόφησης.

Η διασπορά του φωτός καθώς διέρχεται από ένα πρίσμα από γυαλί.

Η διασπορά του λευκού φωτός επιτυγχάνεται με τη χρήση ενός γυάλινου πρίσματος. Αυτό το στερεό 5 όψεων έχει δύο τριγωνικές βάσεις και τρεις ορθογώνιες επιφάνειες που έχουν γωνία η μία προς την άλλη, δίνοντάς του την εμφάνιση πρίσματος.

Το φως μεταφέρεται μέσω μιας από τις ορθογώνιες όψεις του πρίσματος, όπου εισέρχεται στο πρίσμα και διαφεύγει μέσω μιας από τις άλλες ορθογώνιες όψεις του πρίσματος. Λόγω του γεγονότος ότι διαφορετικά χρώματα φωτός κινούνται με διαφορετικές ταχύτητες, ο δείκτης διάθλασης ποικίλλει από το ένα χρώμα στο άλλο. Κατά συνέπεια, καθώς το λευκό φως διέρχεται από την επιφάνεια διάθλασης του πρίσματος, τα συστατικά του κάμπτονται σε διάφορες γωνίες, προκαλώντας τη διάσπαση της ενιαίας δέσμης φωτός σε δύο διακριτές δέσμες. Αργότερα, λόγω της διάθλασης που δημιουργείται από τη δεύτερη ορθογώνια επιφάνεια, τα διακριτά χρώματα του φωτός κάμπτονται για άλλη μια φορά.

Η διέλευση του λευκού φωτός μέσα από ένα γυάλινο πρίσμα προκαλεί τη διαίρεση του στα συστατικά του χρώματα με αυτόν τον τρόπο. Η διασπορά και η σκέδαση του φωτός μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να εξηγήσουν ένα ευρύ φάσμα φυσικών φαινομένων που φαίνεται να είναι ανεξήγητα.

Σχηματισμός ουράνιου τόξου 

Όταν φαίνονται στη φύση, τα σταγονίδια νερού έχουν συνήθως σφαιρικό σχήμα και περιέχουν νερό που έχει δείκτη διάθλασης που επιτρέπει στο φως να διαθλάται μέσα από αυτά. Μέσω της διαδικασίας διασποράς, το ηλιακό φως (λευκό φως) προσπίπτει στα σταγονίδια νερού που αιωρούνται στον αέρα, προκαλώντας τη διάθλασή τους και την εξάπλωση στα συστατικά τους χρώματα. Όταν το ηλιακό φως χτυπά μια σταγόνα νερού (σε συγκεκριμένη γωνία), το φως διαθλάται και διανέμεται, δημιουργώντας ένα φαινόμενο ουράνιου τόξου. Στο επόμενο βήμα, το διαθλασμένο φως υποβάλλεται σε ολική εσωτερική ανάκλαση, η οποία αναγκάζει τις ακτίνες φωτός να πέφτουν στην μπροστινή πλευρά του σταγονιδίου και να εξέρχονται από την πίσω πλευρά.

Η διαδρομή των ακτίνων του ήλιου μέσα από μια σταγόνα νερού.

Το μοτίβο του ουράνιου τόξου αποτελείται από επτά διαφορετικά χρώματα που είναι διατεταγμένα με συγκεκριμένο τρόπο. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το μήκος κύματος του κόκκινου φωτός είναι μεγαλύτερο, με αποτέλεσμα τη μικρότερη απόκλιση, ενώ το μήκος κύματος του ιώδους φωτός είναι χαμηλότερο, με αποτέλεσμα τη μεγαλύτερη απόκλιση. Ως αποτέλεσμα, το κόκκινο φως βρίσκεται στο κάτω μέρος της οθόνης και το βιολετί φως βρίσκεται στο επάνω μέρος.

Το χρώμα του ουρανού αλλάζει ανάλογα με την ώρα της ημέρας.

Για να φτάσει το ηλιακό φως στην ατμόσφαιρα της Γης, πρέπει πρώτα να διασκορπιστεί από αέρια και σωματίδια στην ατμόσφαιρα. Επειδή ταξιδεύει σε μικρότερα, μικρότερα κύματα από τα περισσότερα άλλα χρώματα, το μπλε (και το ιώδες) φως διαχέεται ευρύτερα από τα περισσότερα άλλα χρώματα. Αυτός είναι ο λόγος που ο ουρανός φαίνεται μπλε τις περισσότερες φορές.

Διαφορετικά χρώματα των ακτίνων του ήλιου 

Κατά τη διάρκεια του ταξιδιού του φωτός από τον ήλιο στην ατμόσφαιρα της Γης, τα χρώματα βιολετί, λουλακί, μπλε και πράσινο του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος διασκορπίζονται επειδή τα σωματίδια του αέρα μεγαλώνουν σε διάμετρο καθώς πλησιάζουν την επιφάνεια της γης . Το κίτρινο, το επόμενο φασματικό χρώμα από την άποψη του μικρότερου μήκους κύματος, διασκορπίζεται περισσότερο κοντά στο μάτι του παρατηρητή, αναγκάζοντάς το να υπερέχει έναντι των άλλων φασματικών χρωμάτων. Ως αποτέλεσμα, ο ήλιος φαίνεται να είναι κίτρινος στην εμφάνιση.

Το χειμώνα, το χρώμα του καπνού αλλάζει.

Επειδή ο καπνός από τις καμινάδες διασκορπίζει περισσότερο το μπλε φως, έχει προτεραιότητα έναντι των άλλων φασματικών χρωμάτων και εμφανίζεται ως μπλε καπνός αντί για λευκό καπνό.

Η εφαρμογή του ultramarine

Το ultramarine είναι μια φθορίζουσα ουσία που απορροφά την υπεριώδη ενέργεια από τον ήλιο και τη μετατρέπει σε ορατό φως, το οποίο μπορεί να φανεί με τη μορφή χρωμάτων φάσματος όπως το βιολετί, το λουλακί και το μπλε. Επειδή οι ακτίνες του ήλιου έχουν διαχυθεί στην ανώτερη ατμόσφαιρα, είναι αδύναμο σε αυτά τα χρώματα. Με αυτόν τον τρόπο, όταν το φως του ήλιου πέφτει σε ρούχα που έχουν εμποτιστεί με ultramarine, το ανεπαρκές ηλιακό φως, λόγω φθορισμού, περιέχει όλα τα φασματικά χρώματα σε ίση αναλογία και πάλι. Ως αποτέλεσμα, ο εγκέφαλός μας το ερμηνεύει ως λευκό χρώμα.

Συμπέρασμα

Το έγχρωμο φως αποτελείται από ένα μείγμα διαφορετικών μηκών κύματος φωτός. Σε διαφορετικά μέσα, διαφορετικά χρώματα φωτός ρέουν με διαφορετικές ταχύτητες με ποικίλες ταχύτητες.

Ο όρος "διασπορά" αναφέρεται στο χαρακτηριστικό του φωτός που το κάνει να εξαπλώνεται ανάλογα με το χρώμα του καθώς ταξιδεύει μέσα από ένα αντικείμενο στη φυσική. Στην περίπτωση ενός πρίσματος, για παράδειγμα, όταν εκπέμπετε ένα λευκό φως σε αυτό, όλες οι διαφορετικές αποχρώσεις του φωτός κάμπτονται σε διαφορετικές γωνίες, με αποτέλεσμα να απλώνονται και να σχηματίζουν ένα ουράνιο τόξο. Αυτό είναι δυνατό λόγω του γεγονότος ότι τα διαφορετικά χρώματα φωτός έχουν διαφορετικά μήκη κύματος, γεγονός που εξηγεί πώς λειτουργεί. (Το μήκος κύματος ενός κύματος ορίζεται ως η απόσταση μεταξύ των κορυφών του.) Το φως αλληλεπιδρά με τη χημική δομή του πρίσματος με διάφορους τρόπους ανάλογα με το μήκος κύματος του φωτός που χρησιμοποιείται. Ως αποτέλεσμα, διαφορετικά μήκη κύματος φωτός συστρέφονται σε διάφορους βαθμούς.