Кто-нибудь может мне объяснить, почему свет не рассеивается в спектр через параллельное предметное стекло, а только через призму?

Если вы думаете о двух параллельных стеклянных сторонах как об уравновешивающих друг друга, вы довольно близки к этому. Первое воздействие (от низкого к высокому индексу) на самом деле рассеивает частоты, если свет падает под углом, но выходы (от высокого к низкому) в основном устраняют этот эффект. На самом деле могут быть небольшие остаточные эффекты, приводящие к небольшим цветным полосам.

Призма работает лучше, потому что стороны, расположенные под противоположным углом, усиливают, а не компенсируют эффекты рассеивания.

Вот результаты некоторых дальнейших анализов и экспериментов.

Часть ответа на вопрос, почему цветовые эффекты так трудно найти, когда свет проходит через плоские стеклянные пластины, кажется, находится в глазах смотрящего... буквально!

Вот совок: свет под углом, попадающий на плоскую пластину, должен сначала раздувать углы по цвету, находясь внутри пластины. Однако по симметрии эти слегка расходящиеся веером лучи цветного света возвращаются на свои первоначальные пути, когда достигают второй поверхности и появляются снова. Таким образом, новые лучи практически не будут отличаться по направлению от их траекторий в исходном луче, но не будут располагаться на очень небольшом расстоянии друг от друга в порядке радуги. Для типичной стеклянной пластины это расстояние редко превышает миллиметр, а для большинства стекол — гораздо меньше.

Теперь представьте точку света на одной стороне стекла и человеческий глаз на другой стороне. Расположите оба так, чтобы линия между ними находилась под острым углом к ​​поверхности стекла. Давайте посмотрим на луч, идущий от точки к центру вашего зрачка. Как и ожидалось, ваш глаз фокусирует этот параллельный белый свет как единую точку на сетчатке. Но когда вставлена ​​угловая стеклянная пластина, тот же луч света распространяется на крошечное расстояние, обычно намного меньше миллиметра. Однако каждый цветной луч в этом пучке остается параллельным исходному пути.

Затем этот небольшой субмиллиметровый пучок попадает в зрачок глаза, неся практически тот же свет, что и раньше, и все это движется параллельно. Что делает с ним твой глаз? Он формирует то же точечное изображение белого цвета, что и раньше, поскольку весь свет распространяется параллельно. Подумайте, например, о красном и синем свете, попадающих на противоположные стороны увеличительного стекла: оба они окажутся ближе к центру. Некоторая хроматическая аберрация, конечно, будет, но оказывается, что глаза позвоночных очень хорошо устраняют эту форму хроматической аберрации на уровне изображения.

Суть заключается в следующем: пока пластина не слишком толстая, физическое разделение хроматических компонентов будет находиться в пределах размера зрачка человеческого глаза, и изображение будет казаться белым, бесцветным и почти таким же, как на изображении. оригинал, только немного больше размытия.

Это также приводит к экспериментальному предсказанию, которое я еще не пробовал: если вы держите точечное отверстие перед своим глазом, наблюдая за точечным светом на другой стороне наклонного куска стекла, вы можете увидеть короткую цветную линию. вместо белой точки. Я не могу этого гарантировать, но вполне вероятно, что было бы интересно попробовать.

Теперь перейдем к заключительной части анализа: что, если стекло настолько толстое, что человеческий глаз не может сразу зафиксировать разделенные компоненты?

Разве это не должно привести к некоторым видимым цветовым эффектам, таким как синие и красные полосы по обе стороны от точки белого света? В частности, для белой точки или света синяя полоса должна появляться в направлении стороны , расположенной под углом к ​​зрителю, и красная полоса на стороне стекла, которая ближе к наблюдателю. Для черной линии на светлом фоне это было бы наоборот, с красным на дальнем крае черной линии (поскольку это ближний край более светлой части) и синим на ближнем стекле. край черной линии. (Вы можете понять, почему это так, с помощью простых дисперсионных диаграмм.)

Но поскольку эффект хроматического разделения пространственной формы будет небольшим даже для довольно толстого куска стекла, где вы найдете что-то достаточно толстое, чтобы показать такие полосы?

Любители рыбок предложили удобное решение: они называются аквариумами! Сочетание стекла и воды дает неплохое приближение к очень толстому стеклу с приличной хроматической дисперсией.

Но действительно ли это работает?

Если у вас, как и у меня, в настоящее время нет аквариума, вот удобное онлайн-изображение прозрачного аквариума , расположенного под острым углом справа. С другой стороны аквариума видны как вертикальные яркие огни от складок занавески (у правого борта), так и вертикальные темные линии от рамы картины (слева). Если вы увеличите изображение, вы увидите синюю бахрому на правой стороне складок занавески. Ни один из эффектов не является интенсивным, но оба определенно присутствуют на этом изображении.

Если у вас есть аквариум, вы, конечно, должны попробовать его сами, поскольку хороший прямой эксперимент всегда важнее теории, если она не согласуется! Не смотрите прямо на источник света, так как современные светодиодные фонари очень яркие, и на них нельзя смотреть прямо. Вместо этого поместите тонкую вертикальную полоску белой бумаги на черный фон и осветите ее ярким светом, направленным в сторону от наблюдателя. Вы также можете попробовать держать перед глазами небольшое отверстие в алюминиевой фольге, чтобы усилить любой эффект цветной окантовки, который вы можете увидеть.

И с этим... Думаю, я дам этому отдохнуть. Дальнейшее обсуждение, особенно фактические результаты экспериментов с настоящими аквариумами, было бы здорово!

Важно использовать материал, у которого разные длины волн имеют разные показатели преломления, иначе все это не работает. У стекла есть небольшая зависимость цвета от показателя преломления.

Когда вы пропускаете свет через две параллельные плоскости под углом, исходящий угол всегда равен входящему углу. Любое преломление, происходящее в первой плоскости, также происходит в обратном направлении во второй плоскости. Это означает, что все цвета, поступающие под заданным углом, также выходят под тем же углом, и у вас нет цветоделения.

Даже для параллельных плоскостей вы получите небольшое смещение красного света по сравнению с синим светом, потому что в интерьере угол для красного и синего света различен. Но так как угол, когда они выходят, тот же самый, вы не можете усилить разницу, удаляясь дальше — красный и синий всегда путешествуют вместе.

В призме две наклонные поверхности просто гарантируют, что угловое разделение различных длин волн не равно нулю. Свет преломляется дважды, под двумя разными углами, так что исходящий красный свет находится под другим углом, чем исходящий синий свет, и они расходятся все больше и больше с расстоянием. Поэтому, если вы посмотрите достаточно далеко, вы увидите монохроматический свет под любым фиксированным углом.

Суть эксперимента Ньютона только в том, чтобы показать, что белый свет содержит все цвета, потому что у вас есть процедура для разделения цветов (призма), но эта процедура никогда не может работать в обратном направлении — вы не можете начать с разделенного красного света. призмой и выходит белый свет. Таким образом, белый свет содержит в себе красный свет, но не наоборот.

В поляризационных экспериментах это неверно — вы можете считать, что вертикальная поляризация состоит из наложенных друг на друга наклонных поляризаций, а также наоборот, благодаря вращательной инвариантности.

Использование лазерных или светодиодных источников не работает, поскольку они имеют одну длину волны. Светодиодные лампы могут иметь некоторую постэмиссионную обработку для настройки восприятия цвета, но это ограничено и в основном зависит от глаза / мозга для «создания» «белого» света; большинство длин волн отсутствуют. Вам нужен источник полного спектра или близкий к нему.