Warna, prisma, dan pelangi

Kaca crown membelokkan cahaya ungu pada 410 nm sedikit lebih besar daripada cahaya merah pada 660 nm karena indeks biasnya 1.530 untuk ungu dan 1.512 untuk merah.

Cahaya putih adalah campuran

Pada pertengahan 1660-an, Isaac Newton memasukkan berkas sempit sinar Matahari ke dalam ruangan gelap melalui lubang pada penutup jendela, lalu melewatkannya melalui prisma kaca. Pita warna muncul di dinding seberang. Dalam makalah yang terbit pada 1672, yang disebut sebagai landasan optika modern oleh ulasan tahun 2015 di jurnal Royal Society, Philosophical Transactions, ia menyatakan bahwa warna bukan ditambahkan oleh prisma. Cahaya putih merupakan campuran warna, dan prisma memisahkannya karena tiap warna dibiaskan dengan besar yang sedikit berbeda. Ia juga menunjukkan bahwa satu warna yang dipilih dari pita itu dan dilewatkan melalui prisma kedua tetap berwarna sama.

OpenStax menjelaskan penyebabnya. Untuk suatu bahan, indeks bias sedikit bergantung pada panjang gelombang: nilainya meningkat saat panjang gelombang berkurang dan paling besar untuk ungu. Karena itu, cahaya ungu membelok lebih besar daripada merah, dan cahaya putih menyebar dalam urutan warna yang kita kenal dari merah hingga ungu. Penguraian cahaya putih menjadi spektrum dengan cara ini disebut dispersi. Secara lebih umum, dispersi terjadi setiap kali suatu proses mengubah arah cahaya dengan besar perubahan yang bergantung pada panjang gelombang.

Warna dan panjang gelombang

Biasanya kita menyebut sekitar enam warna pada pelangi: merah, jingga, kuning, hijau, biru, dan ungu, terkadang juga nila. OpenStax menekankan bahwa spektrum bersifat kontinu: nama-nama itu menandai rentang panjang gelombang, dari sekitar 700 nm untuk merah hingga sekitar 400 nm untuk ungu. Saat mata menerima cahaya dengan satu panjang gelombang, kita cenderung melihat salah satu warna tersebut. Banyak corak lain yang dapat kita lihat merupakan respons mata terhadap campuran cahaya. Sinar Matahari mengandung semua panjang gelombang tampak dan terlihat putih, atau sedikit kekuningan.

Warna benda berasal dari cahaya yang dipantulkannya ke arah kita. Daun tampak hijau di bawah sinar Matahari karena memantulkan lebih banyak cahaya hijau daripada warna lain dan menyerap sebagian besar sisanya. Di bawah cahaya yang tidak mengandung hijau, daun yang sama tampak gelap. Filter bekerja dengan cara serupa pada cahaya yang melewatinya: filter merah meneruskan cahaya merah dan menyerap sebagian besar warna lain.

Pelangi

Pelangi merupakan dispersi oleh tetes air. OpenStax menjelaskan bahwa cahaya memasuki tetes air, dipantulkan oleh bagian belakangnya, lalu keluar lagi, dengan pembiasan saat masuk maupun keluar. Karena indeks bias air berubah menurut panjang gelombang, tiap warna keluar pada sudut yang sedikit berbeda. Pelangi hanya terlihat saat Matahari berada di belakangmu. Tiap warna mencapai matamu dari tetes air pada sudutnya sendiri terhadap arah sinar Matahari, sehingga pelangi berbentuk busur. Dua kali pemantulan di dalam tetes air menghasilkan pelangi sekunder yang lebih redup di atas pelangi pertama. Menurut OpenStax, sekitar 1300, Kamal al-Din al-Farisi di Persia meneliti hal ini dengan bejana kaca besar berisi air di dalam kamera obscura sebagai pengganti tetes hujan raksasa. Theodoric dari Freiberg melakukan percobaan serupa di Jerman; keduanya mengembangkan karya Ibn al-Haytham.