سر آیزاک نیوتن اجازه داد نور سفید خورشید از طریق یک روزنه کوچک در یک پنجره وارد اتاق تاریک شود و یک منشور شیشه ای را در مسیر پرتوهای نور قرار دهد. نوری که از منشور خارج می شود روی یک صفحه سفید دریافت می شود. او مشاهده کرد که روی صفحه یک تکه رنگی مانند یک رنگین کمان تشکیل شده است. این پچ یک طیف نامیده شد. با شروع از کنار پایه منشور، رنگ های طیف روی صفحه به ترتیب زیر هستند:
بنفش، نیلی، آبی، سبز، زرد، نارنجی و قرمز.
طیف، نوار رنگی است که بر روی صفحه نمایش زمانی که نور سفید از یک منشور عبور می کند، به دست می آید. برای این آزمایش، نیوتن به این نتیجه رسید که نور سفید ترکیبی از هفت رنگ است. منشور رنگ‌ها را تولید نمی‌کند، بلکه صرفاً رنگ‌هایی را که از قبل در نور سفید وجود دارند، جدا می‌کند. بنابراین، هنگامی که نور سفید از یک منشور عبور می کند، به رنگ های مختلف تقسیم می شود. تقسیم نور سفید به رنگ های مختلف را پراکندگی نور می گویند.
1. پراکندگی نور فقط در سطح اول منشور اتفاق می افتد. 2. شکست پرتوهای نور در هر دو سطح منشور رخ می دهد. 3. منشور رنگ تولید نمی کند، فقط رنگ های مختلف موجود در نور تابیده شده بر آن را می شکافد. 4. در طیف، هر رنگ با رنگ دیگر مخلوط می شود، یعنی هیچ خط مرزی واضحی وجود ندارد که رنگ ها را از هم جدا کند. در نمودار، رنگ‌ها به‌طور گسترده از هم جدا شده‌اند، فقط برای وضوح. پراکندگی کل رنگ ها بسیار کمتر از آن چیزی است که در نمودار نشان داده شده است. رنگ های مختلف دارای عرض های مختلف بر روی صفحه نمایش هستند. 5. در طیف نور سفید، رنگ قرمز دارای طولانی ترین طول موج 8000 Å (یا 8 × 10 -7 متر) یا کمترین فرکانس 3.74 × 10 14 هرتز است و رنگ بنفش دارای کوتاه ترین طول موج 4000 Å است. ( یا 4 × 10 -7 متر ) یا بالاترین فرکانس 7.5 × 10 14 هرتز. از انتهای بنفش تا انتهای قرمز طیف، طول موج افزایش می‌یابد در حالی که فرکانس کاهش می‌یابد. |
نور سفید خورشید از هفت رنگ برجسته به نام های بنفش، نیلی، آبی، سبز، زرد، نارنجی و قرمز تشکیل شده است. سرعت نور همه رنگ ها در هوا یا خلاء یکسان است اما در یک محیط شفاف مانند شیشه یا آب متفاوت است. سرعت نور بنفش حداقل و نور قرمز حداکثر است بنابراین ضریب شکست محیط شفاف برای رنگ های مختلف متفاوت است.
از آنجا که µ = (سرعت نور در هوا) ∕ (سرعت نور در متوسط)
بنابراین، ضریب شکست یک محیط برای نور بنفش حداکثر و برای نور قرمز حداقل است. بنابراین هنگامی که نور سفید وارد یک منشور می شود، با شکست در سطح اول منشور به رنگ های تشکیل دهنده آن تقسیم می شود. هنگامی که این پرتوها به سطح منشور دوم برخورد می کنند، بیشتر شکسته می شوند و این رنگ ها از یکدیگر دورتر می شوند.
هنگامی که نور خورشید وارد جو زمین می شود، توسط ذرات غبار و مولکول های هوای موجود در جو زمین پراکنده می شود (یعنی نور در همه جهات پخش می شود). پراکندگی نور اولین بار توسط دانشمند ریلی مورد مطالعه قرار گرفت.
پراکندگی فرآیند جذب و سپس انتشار مجدد انرژی نور توسط ذرات غبار و مولکول های هوا موجود در جو است.
مولکول های هوا با اندازه کوچکتر از طول موج نور فرودی، انرژی نور فرودی را جذب می کنند و سپس آن را بدون تغییر در طول موج آن بازتاب می کنند. پراکندگی نور برای تمام طول موج های نور فرودی یکسان نیست. شدت نور پراکنده با توان چهارم طول موج نور نسبت معکوس دارد \(I \propto 1/_{\lambda^4}\) .
از آنجایی که طول موج نور بنفش کمترین و نور قرمز بیشترین است، نور بنفش بیشترین پراکندگی را دارد و نور قرمز کمترین پراکندگی را دارد ( نور بنفش نزدیک به 16 برابر بیشتر از نور قرمز پراکنده می شود) . این بدان معناست که نور خورشید هنگام رسیدن به سطح زمین از شدت نور انتهای بنفش کمتر و نور انتهای قرمز بیشتر است. مولکول هوا با اندازه بزرگتر از طول موج نور فرودی، نور تمام طول موج های نور سفید را به یک اندازه پراکنده می کند.
نور خورشید قبل از رسیدن به سطح زمین باید مسافت زیادی را از جو زمین طی کند. همانطور که نور در جو حرکت می کند توسط مولکول های هوا در جهات مختلف پراکنده می شود. نور آبی یا بنفش به دلیل طول موج کوتاهتر در مقایسه با سایر رنگ های نور بیشتر پراکنده می شود. نوری که مستقیماً از خورشید به چشم ما می رسد رنگ قرمز زیادی دارد در حالی که نوری که از همه جهات به چشم ما می رسد عمدتاً نور آبی است. بنابراین آسمان در جهتی غیر از جهت خورشید آبی دیده می شود.
تشکیل رنگین کمان نمونه ای طبیعی از پراکندگی نور سفید است. به دنبال بارش باران، تعداد زیادی از قطرات آب در هوا معلق می مانند. هر قطره ای مانند یک منشور عمل می کند. همانطور که نور خورشید روی این قطرات می افتد، به هفت رنگ تقسیم می شود. نور پراکنده شده از تعداد زیادی قطرات رنگین کمان را تشکیل می دهد
استفاده از چراغ قرمز برای سیگنال خطر
از آنجایی که طول موج نور قرمز طولانی ترین است، بنابراین، نور کمترین میزان را توسط مولکول های هوای جو پراکنده می شود. از این رو نور رنگ قرمز در مقایسه با نور سایر رنگ ها می تواند بدون ضعیف شدن تا مسافت طولانی تری نفوذ کند. از این رو از نور قرمز برای سیگنال های خطر استفاده می شود به طوری که سیگنال می تواند از فاصله دور حتی در مه و غیره قابل مشاهده باشد.
یک دیسک دایره ای از مقوا بردارید و آن را به هفت بخش تقسیم کنید. سپس بخش ها را با هفت رنگ بنفش، نیلی، آبی، سبز، زرد، نارنجی و قرمز رنگ آمیزی کنید.
دیسک را به سرعت بچرخانید، متوجه خواهید شد که دیسک سفید به نظر می رسد!
این نشان می‌دهد که بنفش، نیلی، آبی، سبز، زرد، نارنجی و قرمز هفت رنگ تشکیل‌دهنده نور سفید هستند و وقتی با هم ترکیب شوند جلوه سفید را ایجاد می‌کنند.
