عند تحليل الضوء الأبيض يلاحظ أن انكسار الضوء البنفسجي أكبر من انكسار الضوء الأحمر.. ما السبب؟

يجذب علماء الفيزياء طلبة العلم إلى هذا الفرع من العلوم عبر ظواهر ممتعة وجميلة مثل تحليل الضوء الأبيض إلى ألوان الطيف السبعة عند مروره عبر منشور زجاجي.

ويلاحظ في هذه التجربة الكلاسيكية أن الضوء لا يخرج ككتلة واحدة، بل يتشتت إلى حزمة من الألوان تبدأ بالأحمر وتنتهي بالبنفسجي، وتؤكد هذه الملاحظة حقيقة فيزيائية ثابتة وهي أن الضوء البنفسجي ينكسر بزاوية أكبر من الضوء الأحمر.

سر تشتت الألوان

يعود السبب المباشر في صحة هذه الملاحظة إلى ظاهرة تعرف فيزيائيا باسم تشتت الضوء، والتي تحدث لأن معامل انكسار المادة الشفافة كالزجاج أو الماء ليس ثابتا لجميع الألوان، بل هو يعتمد بشكل دقيق على الطول الموجي للضوء المار خلاله.

ويعتبر الضوء الأبيض في حقيقته مزيجا من جميع ألوان الطيف المرئي، وكل لون من هذه الألوان هو موجة ضوئية لها طول موجي وتردد خاص بها:

• يمتلك الضوء الأحمر «أطول» طول موجي في الطيف المرئي.

• يمتلك الضوء البنفسجي «أقصر» طول موجي في الطيف المرئي.

​​​​​​​

وعندما يخترق شعاع الضوء الأبيض المنشور الزجاجي، تبدأ عملية الفصل، فالموجات ذات الطول الموجي الأقصر كالبنفسجي تتفاعل بشكل أكبر مع ذرات المادة، مما يتسبب في إبطاء سرعتها بشكل ملحوظ.

وعلى النقيض، تتفاعل الموجات ذات الطول الموجي الأطول كالأحمر بشكل أقل، وتتباطأ بدرجة أقل، وتكون سرعتها داخل الزجاج أكبر نسبيا من سرعة الضوء البنفسجي.

ويؤدي هذا الاختلاف في السرعة إلى اختلاف «معامل الانكسار» الذي يواجهه كل لون.

ويكون معامل انكسار الزجاج «أكبر» للضوء البنفسجي (لأنه تباطأ أكثر)، بينما يكون «أقل» للضوء الأحمر لأنه تباطأ أقل.

ووفقا لقوانين الانكسار مثل قانون سنيل، كلما زاد معامل الانكسار، زادت درجة «الانحراف» أو «الانكسار» الذي يتعرض له الشعاع عند انتقاله بين وسطين، من الهواء إلى الزجاج، ومن الزجاج إلى الهواء.

ولذلك، عند خروج الألوان من المنشور، يكون الضوء البنفسجي قد انحرف بالزاوية الأكبر لأنه واجه معامل انكسار أعلى، بينما يكون الضوء الأحمر قد انحرف بالزاوية الأصغر لأنه واجه معامل انكسار أقل، وهذا الاختلاف في زوايا الانكسار هو ما يتسبب في «تشتت» الضوء الأبيض وفصل مكوناته، مما يسمح لنا برؤية قوس قزح مرتبا من الأحمر إلى البنفسجي.