Luz de una longitud de onda específica que atraviesa un prisma

No publicaré la pregunta completa aquí, ya que me gustaría un poco de ayuda para comenzar, ya que estoy bastante perdido. La pregunta esencialmente dice que un rayo de luz paralelo al eje x con una longitud de onda de λ se dirige hacia un triángulo isósceles con un índice de refracción norte 2 del aire con un índice de refracción norte 1 . Se supone que debo encontrar el valor de norte 1 para que la luz de longitud de onda > λ saldrá del prisma y luz de longitud de onda < λ se reflejará perpendicular al eje x. me dan el valor de norte 2 , λ y los ángulos dentro del prisma.

Lo principal que no entiendo es cómo la longitud de onda afecta si la luz sale o no del prisma. Creo que esto depende de si la luz está experimentando una reflexión interna total o no, pero en este escenario eso estaría dado por s i norte θ C = norte 2 norte 1 yo tambien se que norte = C v = C F λ pecado θ C = λ 1 λ 2 ya que solo cambia la longitud de onda en los diferentes medios. Entonces, el ángulo crítico se ve claramente afectado por la longitud de onda de la luz en los diferentes medios, pero no puedo entender cómo se relaciona esto con las frecuencias más altas o más bajas que salen o permanecen en el prisma.

Respuestas (2)

Lo principal que no entiendo es cómo la longitud de onda afecta si la luz sale o no del prisma.

La longitud de onda entra en juego porque el índice de refracción de un material no es una constante fija. Depende de la longitud de onda. Es por eso que un prisma de vidrio descompone la luz blanca en un arcoíris de colores. Las diferentes longitudes de onda de luz que componen lo que vemos como 'luz blanca' son "dobladas" (o "refractadas") en diferentes cantidades por el prisma de vidrio porque el índice de refracción del vidrio no es una constante n sino una longitud de onda dependiente n(λ).

Creo que el índice de refracción de la mayoría de las gafas en la región de longitud de onda visible tiende a aumentar con la longitud de onda (¿o es al revés? Te lo dejo a ti para que busques). Entonces, si encuentra la longitud de onda clave que está en el límite entre permitir que la luz (1) salga del prisma o (2) "se refleje perpendicular al eje x", entonces se deduce que las longitudes de onda más cortas y más largas que esta longitud de onda clave se comportarán como (1) y (2), respectivamente; o como (2) y (1), respectivamente.

Para complementar la respuesta de Samuel Weir, mira esta imagen de luz incandescente (blanca) que pasa a través de un prisma .

Como puede verse, la luz violeta se refracta ("dobla") más que la luz roja. La luz violeta es más energética que la luz roja y sabemos que:

λ = h C mi . ( h es la constante de Planck, C la velocidad de la luz, mi es energía).

Así que la luz violeta es de longitudes de onda más cortas (mayores mi ). La luz de longitud de onda más corta es, por lo tanto, más refractada por un prisma que la luz de longitud de onda más larga.

Editar:

Siguiendo los comentarios del autor de la pregunta, entiendo que su problema es el siguiente diagrama:

Dispersión - diagrama de reflexión.

Para los rayos que siguen el camino I , obtenemos la refracción:

norte 2 pecado θ 1 = norte 1 pecado θ 2

O: pecado θ 1 = norte 1 norte 2 pecado θ 2

Para rayos que siguen el camino II tenemos reflexión total:

Cuenta Ley de Snell , para reflexión total, θ 2 = 90 0 , entonces pecado θ 2 = 1 .

Entonces pecado θ 1 = norte 1 norte 2 y norte 1 = norte 2 pecado θ 1 .

Como el triángulo es isósceles, θ 1 = 45 0 , entonces:

norte 1 = 2 2 norte 2

Este es el valor crítico para norte 1 , en realidad para obtener una reflexión total de la condición:

norte 1 < 2 2 norte 2 se deben cumplir.

Bueno, estoy un poco confundido acerca de otra cosa ahora. Entonces la pregunta está redactada como "tienes un prisma con norte 2 en la longitud de onda λ ". Y por su publicación y la publicación de Samuel, me parece que norte 2 y λ ambos son variables dependiendo de lo que está pasando. Entonces, lo que tengo curiosidad es si esto significa que la frecuencia λ es para cuando está fuera del prisma o dentro del prisma. Siento que estoy redactando esto muy mal, pero espero que puedas ver por qué estoy confundido.
@Jeffrey: la velocidad de la luz es menor en materiales ópticamente densos (como el vidrio) que en el vacío (o aire), por lo que el ángulo de refracción depende de los índices de refracción de ambos medios (vidrio y aire aquí). El RI del vidrio depende ligeramente de la longitud de onda (en el vacío), que es lo que provoca la dispersión (separación de colores). ¿Podría este enlace ayudar a physicsclassroom.com/class/refrn/Lesson-4/… ?
Actualmente estoy atascado con esto: norte 1 pecado θ 1 = norte 2 pecado θ 2 , quiero encontrar el valor en el que ocurre TIR para pecado θ 2 = 1 entonces obtengo pecado θ 1 = norte 2 norte 1 , pero en esta pregunta θ 1 es una constante que no cambia. Entonces, ¿es razonable que pueda encontrar norte 1 mediante el uso norte 1 = norte 2 pecado θ 1 ? El problema con esto es que me está dando una respuesta bastante extraña con n_1>n_2, así que no creo que sea correcto.
@Jeffrey: Creo que necesitas ampliar un poco tu pregunta. Sin un diagrama, es realmente difícil ver lo que estás tratando de resolver. Marcaré esta pregunta y la revisaré mañana. Es muy tarde aquí ahora.
Hice un dibujo de él aquí para mostrar lo que quiero decir con el ángulo θ 1 siendo una constante. Diagrama: como puede ver en la imagen, tengo que determinar norte 1 de modo que la luz de longitud de onda mayor que λ saldrá por el camino 2 y la longitud de onda será menor que λ se reflejará en la ruta 3. La ruta n. ° 2 parece paralela a la original, pero solo soy yo siendo un artista pobre.
@Jeffrey: edición realizada.
Ok gracias eso tiene sentido. Ahora veo que usé los índices de refracción incorrectos con los ángulos. Tiene sentido para mí que este es el índice de refracción correcto, pero no entiendo por qué como λ aumenta saldrá y como λ disminuye se reflejará. Esto se debe principalmente a que se puede demostrar que el ángulo crítico depende de las longitudes de onda, por lo que a medida que aumentan las longitudes de onda, el ángulo crítico también cambia, ya que pecado θ 1 = norte 1 norte 2 = λ 2 λ 1
@Jeffrey: lo entiendes porque esa es la razón. Suponiendo que haya utilizado los índices correctos, por supuesto. ¡Gracias!